JP5582165B2 - 測定装置、測定方法及びステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定装置、測定方法及びステージ装置に関するものである。
本願は、２００５年６月２８日に出願された、特願２００５−１８８２２８号及び特願２００５−１８８２６９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイスの製造工程では、パターンが形成されたマスクあるいはレチクル（以下、レチクルと称する）のパターン像を投影光学系を介して感光材（レジスト）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）上の各投影領域（ショット領域）に投影する投影露光装置が使用されている。

このような露光装置では、一般に、基板が載置されるステージの位置情報が干渉計システムによって計測される。干渉計システムは、ステージに設けられた反射鏡（移動鏡）にビームを照射し、その反射ビームを用いてステージの位置情報を計測するものである（例えば、特許文献１参照）。また、ステージにおける投影光学系の光軸方向の位置（高さ位置）について干渉計システムを用いて計測する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この技術によれば、応答速度の向上が図られるとともに、基板が載置されていない場合又は基板が存在しない範囲にステージが移動した場合であってもそのステージの高さ方向の位置を正確に計測することができる。

特表２００１−５１０５７７号公報（対応米国特許第６，０２０，９６４号） 特開２００１−３４５２５４号公報（対応米国特許第６，８６７，８４９号）

反射板を移動ステージの上方に設ける構成では、ダウンフロー用機器を設置するための場所の確保が困難である。また、移動ステージの上方において、反射板を避けて、投影光学系及びウエハの位置計測に用いられる計測機器を配置すると、結果として装置の大型化を招く虞がある。

また、従来の高さ位置計測用の干渉計システムでは、ステージに設けられた反射鏡（移動鏡）によってビームが所定角度折り曲げられた後、そのビームが静止物体に固定された反射鏡（固定鏡）で反射して元の方向に戻る。このような干渉計システムでは、ビームの光路長が比較的長いこと等から、ステージの姿勢の変化が計測結果に影響を与えやすい。例えば、ステージの傾き変化に対して、ステージから戻ったビームの位置ずれ及び／又はその戻り方向の角度ずれが比較的大きく、これは検出不良及び／又は計測誤差を招く可能性がある。

本発明は、装置の大型化を招くことなく移動ステージの位置検出を可能とする測定装置、測定方法及びステージ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、高さ位置計測用の測定システムにおいて、可動体の姿勢の変化に対する検出不良及び計測誤差を低減し、高精度な位置計測を可能にすることを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、第１軸と該第１軸と直交する第２軸とによって定義される平面に沿って移動する可動体の位置情報を測定する測定装置であり、第１軸に沿う第１軸方向の成分、及び平面と直交する第３軸に沿う第３軸方向の成分を含む方向の第１光路を形成する第１光学部材であり、第１軸方向に沿って可動体に第１ビームを出射し、可動体で反射した第１ビームが第１光路で進む前記第１光学部材と、第１軸方向の成分及び第３軸方向の成分を含む方向で、第１光路とは異なる第２光路を形成する第２光学部材であり、第１軸方向に沿って可動体に第２ビームを出射し、可動体で反射した第２ビームが第２光路で進む第２光学部材と、第１軸方向の成分を含む方向で、第１光路及び第２光路とは異なる第３光路を形成する第３光学部材であり、第１軸方向に沿って可動体に第３ビームを出射し、可動体で反射した第３ビームが第３光路で進む第３光学部材と、第１光路を進んだ第１ビーム、及び第２光路を進んだ第２ビームが互いに干渉する干渉計と、干渉計での干渉に基づいて、第３軸方向における可動体の位置情報を得る算出装置とを備え、第１軸方向に沿って可動体に向かう第３ビームの進路は、第３軸方向について、第１光路の進路と第２光路の進路との間に位置する測定装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、物体を保持して移動可能な保持部材と、第１の態様の測定装置であり、可動体として保持部材の位置情報を測定する測定装置とを備えるステージ装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、第１軸と該第１軸と直交する第２軸とによって定義される平面に沿って移動する可動体の位置情報を測定する測定方法であり、第１軸に沿う第１軸方向に沿って可動体に照射されるとともに、可動体で反射されて、第１軸方向の第１成分と、平面と直交する第３軸に沿う第３軸方向の第３成分とを含む方向の第１光路を進む第１ビームを照射することと、第１軸方向に沿って可動体に照射されるとともに、可動体で反射されて、第１成分及び第３成分を含む方向であり第１光路とは異なる第２光路を進む第２ビームを照射することと、第１軸方向に沿って可動体に照射されるとともに、可動体で反射されて、第１成分を含む方向であり第１光路及び第２光路とは異なる第３光路を進む第３ビームを照射することと、第１光路を進んだ第１ビームと、第２光路を進んだ第２ビームとに基づいて、第３軸方向における可動体の位置情報を算出することと、を含み、可動体に向かう第３ビームの進路は、第３軸方向について、第１光路の進路と第２光路の進路との間に位置する測定方法が提供される。

本発明によれば、各種機器を支障なく配置することが可能となり、装置の大型化を回避しつつ移動ステージの位置を検出することができる。本発明の干渉計システムによれば、可動体の姿勢の変化に対する計測感度が下がるから、検出不良及び計測誤差を低減し、高精度な位置計測を実現することができる。本発明の光学部材によれば、可動体の姿勢変化に対する検出不良及び計測誤差を低減する機能を有する干渉計に好ましく用いることができる。本発明のステージ装置によれば、ステージの位置決め精度の向上を図ることができる。それゆえ、本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子又はディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、ＣＣＤ、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、レチクル（マスク）のような広範囲な製品を製造するための露光装置及び方法に極めて有用となる。

一実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。 ステージ装置の斜視図である。 同ステージ装置の平面図である。 ウエハステージに設けられた移動鏡と固定鏡とを示す図である。 移動鏡が設けられたウエハステージの外観斜視図である。 移動鏡がダンパ部材を介して支持された構成を示す図である。 計測ステージに設けられた移動鏡と固定鏡とを示す図である。 露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。 ウエハステージを挟んだ両側に移動鏡が設けられた構成を示す図である。 他の実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。 干渉計システムの配置図である。 干渉光学系の構成を示す模式的な斜視図である。 干渉光学系の構成を示す模式的な側面図である。 ルーフミラーの形態例を示す模式図である。 ルーフミラーの変形例を示す模式図である。 ルーフミラーの変形例としてルーフプリズムの形態例を示す模式図である。 ウエハテーブルの姿勢が変化したときの干渉計システムにおける測定ビームの光路の変化を模式的に示す図である。 ルーフミラーの使用による光路長の短縮化を説明するための図であり、図１３を変形した比較構成例を示している。 干渉計システムにおける複数の干渉光学系の切り替えの様子を説明する図である。 図４の変形例を示す図である。 図４の変形例を示す図である。 図４の変形例を示す図である。 図４の変形例を示す図である。 移動鏡の形態例を示す図である。 移動鏡の形態例を示す図である。 移動鏡の形態例を示す図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を、図１から図２３を参照して説明する。

まず、本発明に係るステージ装置を露光装置におけるウエハステージに適用し、また本発明に係る反射部材をウエハステージに設けた実施形態について説明する。

図１には、本実施形態の露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、即ちいわゆるスキャニング・ステッパである。この露光装置１００は、照明系１０、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０、及びこれらの制御系を備えている。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。

まず、ステージ装置５０について説明する。前記ステージ装置５０は、フレームキャスタＦＣと、該フレームキャスタＦＣ上に設けられたベース盤１２と、該ベース盤１２の上方に配置されベース盤１２の上面１２ａに沿って移動するウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴと、これらのステージＷＳＴ、ＭＳＴの位置を検出する干渉計１６、１８等を含む干渉計システム１１８（図８参照）と、ステージＷＳＴ、ＭＳＴを駆動するステージ駆動部１２４（図８参照）とを備えている。

前記フレームキャスタＦＣは、図２に示すように、そのＸ軸方向一側と他側の端部近傍にＹ軸方向を長手方向とし上方に突出した突部ＦＣａ、ＦＣｂが一体的に形成された概略平板状からなっている。フレームキャスタＦＣの突部ＦＣａ、ＦＣｂの上方には、図２に示されるように、Ｙ軸方向に延びるＹ軸駆動用の固定子８６、８７が配設されている。これらのＹ軸用の固定子８６、８７は、それぞれの下面に設けられた不図示の気体静圧軸受、例えばエアベアリングによって突部ＦＣａ、ＦＣｂの上面に対して所定のクリアランスを解して浮上支持されている。これはウエハステージＷＳＴ及び／又は計測ステージＭＳＴのＹ方向の移動により発生した反力により、固定子８６、８７がカウンタマスとして逆方向に移動して、この反力を運動量保存の法則により相殺するためである。Ｙ軸用の固定子８６、８７は、本実施形態では複数の永久磁石群からなる磁石ユニットとして構成されている。

前記ベース盤（定盤）１２は、フレームキャスタＦＣの前記突部ＦＣａ、ＦＣｂに挟まれた領域上に配置されている。ベース盤１２の上面１２ａは平坦度が非常に高く仕上げられ、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴのＸＹ平面に沿った移動の際のガイド面とされている。

前記ウエハステージＷＳＴは、図２に示されるように、ベース盤１２上に配置されたウエハステージ本体２８と、該ウエハステージ本体２８上に不図示のＺ・チルト駆動機構を介して搭載されたウエハテーブルＷＴＢとを備えている。Ｚ・チルト駆動機構は、実際にはウエハステージ本体２８上でウエハテーブルＷＴＢを３点で支持する３つのアクチュエータ（例えば、ボイスコイルモータ及びＥＩコア）等を含む。各アクチュエータの駆動を調整することで、ウエハテーブルＷＴＢをＺ軸方向、θＸ方向（Ｘ軸周りの回転方向）、θＹ方向（Ｙ軸周りの回転方向）の３自由度方向に微小駆動する。

ウエハステージ本体２８は、断面矩形枠状でＸ軸方向に延びる中空部材によって構成されている。このウエハステージ本体２８の下面には、（本願出願人が先に出願した特願２００４−２１５４３４号（対応国際公開２００６／００９２５４）に記載されているような）自重キャンセラ機構が設けられている。この自重キャンセラ機構は、ベローズに内圧をかけてウエハステージＷＳＴを支える支持部と、ガイド面１２ａと対向し、ウエハステージＷＳＴをガイド面１２ａに対して浮上させるエアベアリング部とを有している。

前記ウエハステージ本体２８の内部には、Ｘ軸方向の可動子としての永久磁石群を有する磁石ユニット９０が設けられている。磁石ユニット９０の内部空間には、Ｘ軸方向に延びるＸ軸用の固定子８０が挿入されている。このＸ軸用の固定子８０は、Ｘ軸方向に沿って所定間隔で配置された複数の電機子コイルを内蔵する電機子ユニットによって構成されている。この場合、磁石ユニット９０と電機子ユニットからなるＸ軸用の固定子８０とによって、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に駆動するムービングマグネット型のＸ軸リニアモータが構成されている。以下においては、適宜、上記Ｘ軸リニアモータを、その固定子（Ｘ軸用の固定子）８０と同一の符号を用いてＸ軸リニアモータ８０と称するものとする。なお、Ｘ軸リニアモータ８０として、ムービングマグネット型のリニアモータに代えて、ムービングコイル型のリニアモータを用いてもよい。

Ｘ軸用の固定子８０の長手方向両側端部には、例えばＹ軸方向に沿って所定間隔で配置された複数の電機子コイルを内蔵する電機子ユニットからなる可動子８２、８３がそれぞれ固定されている。これらの可動子８２、８３のそれぞれは、上述したＹ軸用の固定子８６、８７にそれぞれ内側から挿入されている。すなわち、本実施形態では、電気ユニットからなる可動子８２、８３と磁石ユニットからなるＹ軸用の固定子８６、８７とによって、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動するムービングコイル型のＹ軸リニアモータが構成されている。以下においては、上記２つのＹ軸リニアモータのそれぞれを、それぞれの可動子８２、８３と同一の符号を用いて、適宜、Ｙ軸リニアモータ８２、８３と称するものとする。なお、Ｙ軸リニアモータ８２、８３として、ムービングコイル型のリニアモータに代えて、ムービングマグネット型のリニアモータを用いてもよい。

ウエハステージＷＳＴは、Ｘ軸リニアモータ８０により、Ｘ軸方向に駆動されるとともに、一対のＹ軸リニアモータ８２、８３によってＸ軸リニアモータ８０と一体でＹ軸方向に駆動される。また、ウエハステージＷＳＴは、Ｙ軸リニアモータ８２、８３が発生するＹ軸方向の駆動力を僅かに異ならせることにより、θＺ方向（Ｚ軸周りの回転方向）にも回転駆動される。従って、ウエハテーブルＷＴＢを支持する３つのアクチュエータ、Ｘ軸リニアモータ８０及びＹ軸リニアモータ８２、８３の駆動により、ウエハテーブルＷＴＢは６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＹ、θＺ）に非接触で微小駆動可能とされている。ウエハステージＷＴＢに接続されるアクチュエータの数を増やして、ウエハステージＷＴＢを直接６自由度方向に駆動するようにしてもよい。

ウエハテーブルＷＴＢ上には、ウエハＷを保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダは、板状の本体部と、該本体部の上面に固定されその中央にウエハＷの直径よりも大きな円形開口が形成された撥液性（撥水性）を有する補助プレートとを備えている。この補助プレートの円形開口内部の本体部の領域には、多数（複数）のピンが配置されている。その多数のピンによってウエハＷが支持された状態で真空吸着されている。この場合、ウエハＷが真空吸着された状態では、そのウエハＷ表面と補助プレートの表面との高さがほぼ同一の高さとなる。なお、補助プレートを設けずに、ウエハテーブルＷＴＢの表面に撥液性を付与してもよい。

また、図２に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一端（＋Ｘ側端）には、Ｘ軸方向に直交する（Ｙ軸方向に延在する）反射面１７Ｘが鏡面加工により形成されている。ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の一端（＋Ｙ側端）には、Ｙ軸方向に直交する（Ｘ軸方向に延在する）反射面１７Ｙが同様に鏡面加工により形成されている。反射面１７Ｘには、後述する干渉計システム１１８（図８参照）を構成するＸ軸干渉計４６、４７からの干渉計ビームがそれぞれ投射される。反射面１７Ｙには、後述する干渉計システム１１８（図８参照）を構成するＹ軸干渉計１８、１９からの干渉計ビームがそれぞれ投射される。各干渉計４６、４７、１８、１９ではそれぞれの反射光を受光することで、各反射面１７Ｘ、１７Ｙの基準位置（一般的には投影ユニットＰＵ側面及び／又はオフアクシス・アライメント系ＡＬＧ（図１、図８参照）の側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする）からの計測方向の変位を検出する。

同様に、計測ステージＭＳＴの変位は、干渉計システム１１８を構成する上記のＸ軸干渉計４６、Ｙ軸干渉計１６からの干渉計ビームがそれぞれ投射されることで検出されるが、計測ステージＭＳＴがＸ軸干渉計４６の検出範囲から外れた位置にある場合には、Ｘ軸干渉計２１により検出される。すなわち、図２及び図３に示すように、計測ステージＭＳＴの側部には、干渉計２１からＹ軸方向に沿って照射された干渉計ビームをＸ軸方向に折り曲げるミラー４２が搭載されている。ミラー４２で折り曲げられた干渉計ビームは、固定子８７の上方に固定子８７とは別体として設けられ、ＹＺ平面と平行な反射面２７ａを備えた反射部材２７で反射される。干渉計２１は、反射部材２７で反射された干渉計ビームを受光し、計測ステージＭＳＴのＸ軸方向の変位を検出する。

干渉計システム１１８は、上述したＹ軸干渉計１６、１８、１９、Ｘ軸干渉計２１、４６、４７の他に、Ｚ軸干渉計２２、２３、ウエハステージＷＳＴに設けられた移動鏡３０、図１及び図４に示すように、移動鏡３０と対向する位置に配設された固定鏡３１Ａ、３１Ｂ（図２では不図示）、計測ステージＭＳＴに設けられた移動鏡６０、移動鏡６０と対向する位置に配設された固定鏡６１Ａ、６１Ｂ（図２では不図示）を備えている。なお、上述した干渉計１６は、計測ステージＭＳＴに対するＺ軸干渉計の機能も有している。また、Ｙ軸干渉計１８、Ｚ軸干渉計２２、２３、固定鏡３１Ａ、３１Ｂは、不図示のウエハローダとウエハテーブルＷＴＢとの間で行われるウエハＷの交換と干渉しないように、Ｘ位置とＺ位置との少なくとも一方の位置が決められている（図４は、Ｙ軸干渉計１８、Ｚ干渉計２２、２３、固定鏡３１Ａ、３１ＢがウエハテーブルＷＴＢよりもＺ方向の位置が低いことが図示されている）。

図２及び図５に示すように、移動鏡３０は、ウエハステージ本体２８の＋Ｙ側の側部に、ウエハステージ本体２８の変形を吸収可能なヒンジブロック３２〜３４を介してＸ軸方向に延在するように設けられている。ヒンジブロック３２、３３は、移動鏡３０の長さ方向両端側にそれぞれ配置されており、ウエハステージ本体２８の側部に固定される固定体３２ａ、３３ａと、移動鏡３０の上部に固定される固定体３２ｂ、３３ｂとを有している。また、ヒンジブロック３４は、移動鏡３０の長さ方向略中央部に配置されており、ウエハステージ本体２８の側部に固定される固定体３４ａと、移動鏡３０の下部に固定される固定体３４ｂとを有している。

ヒンジブロック３２〜３４において、固定体３２ａ〜３４ａと固定体３２ｂ〜３４ｂとを結ぶ部分の所定方向の剛性が低く設定されている。例えば、固定体３２ａ〜３４ａと固定体３２ｂ〜３４ｂとの間に、ワイヤー放電加工等によりスリットが形成されている。ヒンジブロック３２〜３４において、低剛性の部分がヒンジあるいは板バネとして機能し、温度変動等によるウエハステージ本体２８の変形を吸収する。ヒンジブロック３２〜３４は、例えばヒンジブロック３２が円錐凹部（cone）に相当し、ヒンジブロック３３が平坦溝に相当し、ヒンジブロック３４がＶ溝に相当するキネマチックマウント機構として、振動、温度変化等に起因する応力を最も効果的に軽減した状態で移動鏡３０をウエハステージ本体２８に支持させる。

また、移動鏡３０とウエハステージ本体２８との間には、ダンパ部材３５が介装されている。ダンパ部材３５は、ウエハステージ本体２８に固定されており、図６に示すように、移動鏡３０の上面（＋Ｚ側の面）と対向する壁部３５ａと、移動鏡３０の背面の背面（−Ｙ側の面、ウエハステージ本体２８側の面）と対向する壁部３５ｂとを有している。移動鏡３０は、上面及び背面が壁部３５ａ、３５ｂとの間に、例えば１０μｍ程度の隙間を形成した状態で配置される。ダンパ部材３５は、移動鏡３０との間の隙間に存在する空気の粘性により、ダンパ（制振器）として機能することになる。

移動鏡３０は、Ｘ軸方向の長さがウエハテーブルＷＴＢの反射面１７Ｙの長さよりもそれぞれ長く形成された反射面３０ａ、３０ｂ、３０ｃを有する。これにより、Ｚ軸干渉計２２、２３は、ウエハステージＷＳＴのＸ方向の移動に対応して幅広い範囲においてウエハステージＷＳＴのＺ方向に関する位置を計測することができる。反射面３０ａは、ＸＺ平面をＸ軸周りに所定角度傾けた面と平行に、すなわちＺ方向成分を含む方向に延びて形成されている。反射面３０ｂは、ＸＹ平面と平行な面に関して反射面３０ａとほぼ対称に、Ｚ方向成分を含む方向に延びて形成されている。反射面３０ｃは、反射面３０ａと反射面３０ｂとの間に、ＸＺ平面と平行に、且つＸ軸方向に延びるように設けられている。

図２及び図３に示すように、Ｚ軸干渉計２２、２３は、Ｘ軸方向に間隔をあけて配置されている。図４に示すように、Ｚ軸干渉計２２、２３のそれぞれがＹ軸方向に沿う干渉計ビームＢ１を反射面３０ａに向けて投射するとともに、Ｙ軸方向に沿う干渉計ビームＢ２を反射面３０ｂに向けて投射し、反射面３０ａ、３０ｂで反射した干渉計ビームＢ１、Ｂ２を受光することにより、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置及び／又はＹ軸方向の位置等を検出している。なお、ウエハステージＷＳＴの位置算出については、後述する。

固定鏡３１Ａは、移動鏡３０の反射面３０ａと光学的に接続され、反射面３０ａで反射した干渉計ビームＢ１と直交して、当該干渉計ビームＢ１を反射面３０ａに向けて再反射するように、ＸＺ平面に対して傾けられた反射面３１ａを有している。同様に、固定鏡３１Ｂは、移動鏡３０の反射面３０ｂと光学的に接続され、反射面３０ｂで反射した干渉計ビームＢ２と直交して、当該干渉計ビームＢ２を反射面３０ｂに向けて再反射するように、ＸＺ平面に対して傾けられた反射面３１ｂを有している。これら固定鏡３１Ａ、３１Ｂは、例えば投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に設けられた同一の支持体３６（図４参照）に支持される。支持体３６には、干渉計ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３が通過する穴や切り欠きが設けられている。

また、支持体３６は、低熱膨張材（例えば、ゼロデュア（登録商標）、インバー等）で形成されていることが望ましい。また、干渉計２２、２３のそれぞれは、偏光ビームスプリッタ、折り曲げミラー、波長板、リレー光学系等の干渉光学部材を有している。これらの干渉光学部材を含んだ干渉計２２、２３は、図４に示すように、固定鏡３１Ａ、３１ＢよりもウエハステージＷＳＴから離れて配置されている。これは、干渉光学部材を含んだ干渉計２２、２３が、固定鏡３１Ａ、３１ＢよりウエハステージＷＳＴに近い側にあると、固定鏡３１Ａ、３１Ｂの間隔（開き角）を大きくすることが必要となり、障害物（天井や定盤）を避けることが難しくなる不都合がある。又、干渉光学部材を含んだ干渉計２２、２３を、固定鏡３１Ａ、３１ＢよりウエハステージＷＳＴに近い側に配置したまま、固定鏡３１Ａ、３１Ｂを含めて干渉計２２、２３をステージＷＳＴから大きく離すことも考えられるが、装置幅の拡大と光路長の増加（揺らぎの増加）という不都合がある。

この為、図４に示すように、これらの干渉光学部材を含んだ干渉計２２、２３を、図４に示すように、固定鏡３１Ａ、３１ＢよりもウエハステージＷＳＴから離して配置することにより、固定鏡３１Ａ、３１Ｂの間隔（開き角）を適切にすることで、装置のサイズを大きくすることなく、ビームの占有空間を狭くすることができる。

Ｙ軸干渉計１８は、投影光学系ＰＬの投影中心（光軸ＡＸ、図１参照）及びアライメント系ＡＬＧの検出中心を結ぶＹ軸に平行な測長軸を有し、図４に示すように、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７Ｙに干渉計ビームＢ４を投射し、その反射光を受光することにより、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の位置を検出している。また、Ｙ軸干渉計１８は、干渉計ビームＢ４との間にＺ軸方向に所定間隔をあけてＹ軸方向に沿う干渉計ビームＢ３を反射面３０ｃに向けて投射し、反射面３０ｃで反射した干渉計ビームＢ３を受光することにより、移動鏡３０（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＹ軸方向の位置を検出している。また、Ｙ軸干渉計１８は、これら反射面１７Ｙ及び反射面３０ｃにおけるＹ軸方向の位置に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸周り方向（θＸ方向）の変位（ピッチング量）を検出する。

Ｙ軸干渉計１９は、ウエハ交換位置（ローディング・ポジション）ＬＰにおいてウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の位置を検出している。

Ｘ軸干渉計４６は、計測テーブルＭＴＢのＸ位置とウエハテーブルＷＴＢのＸ位置とを選択して計測する干渉系であり、Ｙ軸干渉計１８の測長軸と投影光学系ＰＬの投影中心で垂直に交差するＸ軸に平行な測長軸（Ｙ軸方向の投影中心位置における測長軸）を有している。また、Ｘ軸干渉計４６は、アライメント系ＡＬＧの検出中心を通るＸ軸に平行な測長軸（Ｙ軸方向のアライメント中心位置における測長軸）を有している。

また、Ｘ軸干渉計４６は、露光動作の際には、投影中心位置における測長軸でウエハテーブルＷＴＢのＸ方向の位置を測定し、エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）の際にはアライメント中心位置における測長軸でウエハテーブルＷＴＢのＸ方向の位置を測定する。また、Ｘ軸干渉計４６は、ベースライン計測等の計測内容に応じて２つの測長軸を適宜用いて計測テーブルＭＴＢのＸ方向の位置を測定する。つまり、Ｘ軸干渉計４６は、ウエハテーブルＷＴＢまたは計測テーブルＭＴＢのＸ軸方向の位置を、Ｙ軸方向の投影中心位置及びアライメント中心位置のそれぞれで計測可能となっている。

Ｘ軸干渉計４７は、ウエハ交換位置（ローディング・ポジション）ＬＰにおいてウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の位置を検出している。また、Ｘ軸干渉計４７は、Ｚ軸方向に離間する二つの干渉計ビームを反射面１７Ｘに投射し、各干渉計ビームの反射光を受光することにより、ウエハステージＷＳＴのθＹ方向の変位（ローリング量）も計測可能な構成となっている。

図２に戻り、前記計測ステージＭＳＴは、ウエハステージＷＳＴと同様に、ベース盤１２上に配置された計測ステージ本体５２と、該計測ステージ本体５２上に不図示のＺ・チルト駆動機構を介して搭載された計測テーブルＭＴＢとを備えている。Ｚ・チルト駆動機構は、計測ステージ本体５２上で計測テーブルＭＴＢを３点で支持する３つのアクチュエータ（例えば、ボイスコイルモータ及びＥＩコア）等を含み、各アクチュエータの駆動を調整することで、計測テーブルＭＴＢをＺ軸方向、θｘ方向、θｙ方向の３自由度方向に微小駆動する。

計測ステージ本体５２は、断面矩形枠状でＸ軸方向に延びる中空部材によって構成されている。この計測ステージ本体５２の下面には、複数、例えば４つの気体静圧軸受（不図示）、例えばエアベアリングが設けられている。これらのエアベアリングを介して計測ステージＭＳＴがガイド面１２ａの上方に数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で浮上支持されている。

前記計測ステージ本体５２の内部には、Ｘ軸方向の可動子としての永久磁石群を有する磁石ユニット５４が設けられている。磁石ユニット５４の内部空間には、Ｘ軸方向に延びるＸ軸用の固定子８１が挿入されている。このＸ軸用の固定子８１は、Ｘ軸方向に沿って所定間隔で配置された複数の電機子コイルを内蔵する電機子ユニットによって構成されている。この場合、磁石ユニット５４と電機子ユニットからなるＸ軸用の固定子８１とによって、計測ステージＭＳＴをＸ軸方向に駆動するムービングマグネット型のＸ軸リニアモータが構成されている。以下においては、適宜、上記Ｘ軸リニアモータを、その固定子（Ｘ軸用の固定子）８１と同一の符号を用いてＸ軸リニアモータ８１と称するものとする。

Ｘ軸用の固定子８１の長手方向両側端部には、例えばＹ軸方向に沿って所定間隔で配置された複数の電機子コイルを内蔵する電機子ユニットからなる可動子８４、８５がそれぞれ固定されている。これらの可動子８４、８５のそれぞれは、上述したＹ軸用の固定子８６、８７にそれぞれ内側から挿入されている。すなわち、本実施形態では、電気ユニットからなる可動子８４、８５と磁石ユニットからなるＹ軸用の固定子８６、８７とによって、ムービングコイル型のＹ軸リニアモータが構成されている。以下においては、上記２つのＹ軸リニアモータのそれぞれを、それぞれの可動子８４、８５と同一の符号を用いて、適宜、Ｙ軸リニアモータ８４、８５と称するものとする。

計測ステージＭＳＴは、Ｘ軸リニアモータ８１により、Ｘ軸方向に駆動されるとともに、一対のＹ軸リニアモータ８４、８５によってＸ軸リニアモータ８１と一体でＹ軸方向に駆動される。また、計測ステージＭＳＴは、Ｙ軸リニアモータ８４、８５が発生するＹ軸方向の駆動力を僅かに異ならせることにより、θｚ方向にも回転駆動される。従って、計測テーブルＭＴＢを支持する３つのアクチュエータ、Ｘ軸リニアモータ８１及びＹ軸リニアモータ８４、８５の駆動により、計測テーブルＭＴＢは６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）に非接触で微小駆動可能とされている。計測テーブルＭＴＢに接続されるアクチュエータの数を増やして、計測テーブルＭＴＢを直接６自由度方向に駆動するようにしてもよい。

これまでの説明で明らかなように、本実施形態では、Ｙ軸リニアモータ８２〜８５、Ｘ軸リニアモータ８０、８１、ウエハテーブルＷＴＢを駆動する不図示の微動機構、計測テーブルＭＴＢを駆動する不図示の駆動機構により、図８に示されるステージ駆動部１２４が構成されている。このステージ駆動部１２４を構成する各種駆動機構が図８に示される主制御装置２０によって制御される。

計測テーブルＭＴＢは、露光に関する各種計測を行うための計測器類をさらに備えている。詳述すると、計測テーブルＭＴＢの上面には、石英ガラス等のガラス材料からなるプレート１０１が設けられている。このプレート１０１の表面には、その全面に亘ってクロムが塗布され、所定位置に計測器用の領域、及び／又は、特開平５−２１３１４号公報（対応する米国特許５，２４３，１９５号）などに開示される複数の基準マークが形成された基準マーク領域ＦＭが設けられている。

計測テーブルＭＴＢ（プレート１０１）のＹ軸方向の一端（−Ｙ側端）には、Ｙ軸方向に直交する（Ｘ軸方向に延在する）反射面１１７Ｙが鏡面加工により形成されている。また、計測テーブルＭＴＢのＸ軸方向の一端（＋Ｘ側端）には、Ｘ軸方向に直交する（Ｙ軸方向に延在する）反射面１１７Ｘが鏡面加工により形成されている。

また計測ステージＭＳＴ（計測ステージ本体５２）の−Ｙ側の側部には、上述した移動鏡６０が設けられている。移動鏡６０は、ヒンジブロックを介して計測ステージＭＳＴに支持される点、及び計測ステージＭＳＴとの間にダンパ部材が介装される点は、移動鏡３０と同様なので、それらの説明を省略する。

図７に示すように、移動鏡６０は、反射面６０ａ、６０ｂ、６０ｃを有する構成となっている。反射面６０ａは、法線がＺ方向成分を含む方向に延び、ＸＺ平面をＸ軸周りに傾けた面と平行に形成されている。反射面６０ｂは、法線がＺ方向成分を含む方向に延び、ＸＹ平面と平行な面に関して反射面６０ａとほぼ対称に形成されている。反射面６０ｃは、反射面６０ａと反射面６０ｂとの間に、法線がＹ軸方向に延びるように設けられている。

干渉計１６は、それぞれがＹ軸方向に沿う干渉計ビームＢ１１を反射面６０ａに向けて投射するとともに、Ｙ軸方向に沿う干渉計ビームＢ１２を反射面６０ｂに向けて投射し、反射面６０ａ、６０ｂで反射した干渉計ビームＢ１１、Ｂ１２を受光することにより、Ｚ干渉計として計測ステージＭＳＴのＺ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置等を検出する。干渉計１６においては、この干渉計ビームＢ１１、Ｂ１２は、Ｘ軸方向に間隔をあけてそれぞれ２箇所で投射・受光される。

また、干渉計１６は、反射面１１７Ｙに干渉計ビームＢ１４を投射し、その反射光を受光することにより、計測テーブルＭＴＢのＹ軸方向の位置を検出している。さらに、干渉計１６は、干渉計ビームＢ１４との間にＺ軸方向に所定間隔をあけてＹ軸方向に沿う干渉計ビームＢ１３を反射面６０ｃに向けて投射し、反射面６０ｃで反射した干渉計ビームＢ１３を受光することにより、反射鏡６０（すなわち計測ステージＭＳＴ）のＹ軸方向の位置を検出している。また、Ｙ軸干渉計１６は、これら反射面１１７Ｙ及び反射面６０ｃにおけるＹ軸方向の位置に基づいて、計測ステージＭＳＴのＸ軸周り方向（θＸ方向）の変位（ピッチング量）を検出する。

固定鏡６１Ａは、移動鏡６０の反射面６０ａと光学的に接続され、反射面６０ａで反射した干渉計ビームＢ１１と直交して、当該干渉計ビームＢ１１を反射面６０ａに向けて再反射するように、ＸＺ平面に対して傾けられた反射面６１ａを有している。同様に、固定鏡６１Ｂは、移動鏡６０の反射面６０ｂと光学的に接続され、反射面６０ｂで反射した干渉計ビームＢ１２と直交して、当該干渉計ビームＢ１２を反射面６０ｂに向けて再反射するように、ＸＺ平面に対して傾けられた反射面６１ｂを有している。これら固定鏡６１Ａ、６１Ｂは、例えば投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に設けられた同一の支持体６６（図７参照）に支持される。

図１に戻り、前記照明系１０は、不図示のレチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域をエネルギビームとしての照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。

前記レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターン等がそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータを含むレチクルステージ駆動部１１（図１では図示せず、図８参照）によって、照明系１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここでは図１における紙面内、左右方向であるＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置（Ｚ軸周りの回転を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、レチクル干渉計と称する）１１６によって、移動鏡１５（実際にはＹ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。このレチクル干渉計１１６の計測値は、主制御装置２０（図１では不図示、図８参照）に送られる。主制御装置２０では、このレチクル干渉計１１６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθＺ方向（Ｚ軸周りの回転方向）の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動部１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置（及び速度）を制御する。

レチクルＲの上方には、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上の一対のレチクルアライメントマークとこれらに対応する計測ステージＭＳＴ上の一対の基準マークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系からなる一対のレチクルアライメント検出系ＲＡａ、ＲＡｂがＸ軸方向に所定距離隔てて設けられている。これらのレチクルアライメント検出系ＲＡａ、ＲＡｂとしては、例えば特開平７−１７６４６８号公報（対応する米国特許第５，６４６，４１３号）などに開示されるものと同様の構成のものが用いられている。

前記投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子からなる投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸方向の共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズ（レンズエレメント）からなる屈折光学系が用いられている。

また、本実施形態の露光装置１００では、液体を介してウエハＷを露光する液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子としてのレンズ（以下、先玉ともいう）９１の近傍には、液浸装置１３２を構成する液体供給ノズル５１Ａと、液体回収ノズル５１Ｂとが設けられている。液体供給ノズル５１Ａには、その一端が液体供給装置２８８（図１では不図示、図８参照）に接続された不図示の供給管の他端が接続されている。液体回収ノズル５１Ｂには、その一端が液体回収装置２９２（図１では不図示、図８参照）に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。

上記の液体としては、ここではＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する超純水（以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する）を用いるものとする。液体供給ノズル５１ＡからウエハＷに水を供給しつつ、液体回収ノズル５１Ｂから水を回収することにより、ウエハＷ上に部分的な（ローカルな）液浸領域Ｌｑを形成することができる。なお、計測ステージＭＳＴを用いた計測動作を行う場合には、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとをＹ方向に移動させることにより、液浸領域ＬｑをウエハステージＷＳＴから計測ステージＭＳＴに移動させることができる。計測ステージＭＳＴは、液浸領域Ｌｑを介して各種の計測を行うことができる。このため、ウエハＷの交換の際に液浸領域Ｌｑをいちいち回収することがないので、スループットを落とすことがなく、さらにウォーターマークが発生することもない。

また、本実施の形態の露光装置１００では、投影ユニットＰＵを保持する保持部材には、オフアクシス・アライメント系（以下、アライメント系と称する）ＡＬＧが設けられている。このアライメント系ＡＬＧとしては、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標（アライメント系ＡＬＧ内に設けられた指標板上の指標パターン）の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系のセンサが用いられている。アライメント系ＡＬＧからの撮像信号は、図８に示す主制御装置２０に供給される。

また、本実施の形態の露光装置１００では、図１では図示が省略されているが、照射系９０ａ、受光系９０ｂ（図８参照）からなる、斜入射方式の多点焦点位置検出系が設けられている。

図８には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（またはワークステーション）からなる主制御装置２０を中心として構成されている。また、主制御装置２０には、メモリＭＥＭ、ＣＲＴディスプレイ（または液晶ディスプレイ）等のディスプレイＤＩＳが接続されている。

次に、上記のように構成された露光装置１００の中、干渉計システム１１８の動作について図２乃至図４及び図７を参照しながら説明する。本実施の形態では、Ｙ軸干渉計１８からの干渉計ビームＢ４はウエハステージＷＳＴの移動範囲の全域で常に反射面１７Ｙに投射され、Ｙ軸干渉計１６からの干渉計ビームＢ１４は計測ステージＭＳＴの移動範囲の全域で常に反射面１１７Ｙに投射されるようになっている。従って、Ｙ軸方向については、常にステージＷＳＴ、ＭＳＴの位置は、主制御装置２０によってＹ軸干渉計１６、１８の計測値に基づいて管理される。

その一方で、主制御装置２０は、Ｘ軸干渉計４６からの干渉計ビームが、反射面１７Ｘに照射される範囲でのみ、Ｘ軸干渉計４６の出力値に基づいてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ位置を管理するとともに、Ｘ軸干渉計４６からの干渉計ビームが反射面１１７Ｘに照射される範囲でのみ、Ｘ軸干渉計４６の出力値に基づいて計測テーブルＭＴＢ（計測ステージＭＳＴ）のＸ位置を管理する。従って、Ｘ軸干渉計４６の出力値に基づいてＸ位置を管理できない間、例えばウエハ交換位置（ローディング・ポジション）ＬＰ近傍でのウエハテーブルＷＴＢのＸ位置はＸ軸干渉計４７の出力値に基づいて管理される。一方、Ｘ軸干渉計４６の出力値に基づいてＸ位置を管理できない間の計測テーブルＭＴＢのＸ位置は、Ｘ軸干渉計２１の出力値に基づいて管理される。

続いて、Ｚ軸干渉計２２、２３及びＹ軸干渉計１８によるＺ位置計測を含む位置計測について説明する。なお、干渉計１６による計測ステージＭＳＴに対するＺ位置計測を含む位置計測は、ウエハステージＷＳＴに対する位置計測と同様であるため、ここではウエハステージＷＳＴについてのみ説明する。

ウエハステージＷＳＴの移動時等においては、移動鏡３０に対してＺ軸干渉計２２、２３から干渉計ビームＢ１、Ｂ２が投射され、干渉計ビームＢ１、Ｂ２は、各反射面３０ａ、３０ｂで入射光に対して角度θで反射する。固定鏡３１Ａ、３１Ｂの反射面３１ａ、３１ｂ及び移動鏡３０の反射面３０ａ、３０ｂで反射した干渉計ビームＢ１、Ｂ２はＺ軸干渉計２２、２３で受光される。

ここで、ウエハステージＷＳＴ（すなわち移動鏡３０）のＹ軸方向への変位をΔＹｏ、Ｚ軸方向への変位をΔＺｏとすると、Ｚ軸干渉計２２、２３で受光される干渉計ビームＢ１の光路長変化ΔＬ１及び干渉計ビームＢ２の光路長変化ΔＬ２は、それぞれ以下の式で表される。
ΔＬ１≒ΔＹｏ×ｃｏｓθ−ΔＺｏ×ｓｉｎθ …（１）
ΔＬ２≒ΔＹｏ×ｃｏｓθ＋ΔＺｏ×ｓｉｎθ …（２）
従って、式（１）、（２）からΔＺｏ及びΔＹｏは下式で求められる。
ΔＺｏ＝（ΔＬ２−ΔＬ１）／２ｓｉｎθ …（３）
ΔＹｏ＝（ΔＬ１＋ΔＬ２）／２ｃｏｓθ …（４）
このとき、求められる変位ΔＺｏ、ΔＹｏは、図６に示すように、干渉計ビームＢ１、Ｂ２が反射面３０ａ、３０と交差する箇所の法線が交差する計測点ＶＰにおける変位となる。

上記の変位ΔＺｏ、ΔＹｏは、Ｚ軸干渉計２２、２３のそれぞれで求められるため、Ｚ軸干渉計２２で求められる変位をΔＺｏＬ、ΔＹｏＬとし、Ｚ軸干渉計２３で求められる変位をΔＺｏＲ、ΔＹｏＲとし、各Ｚ軸干渉計２２、２３が投射する干渉計ビームＢ１、Ｂ２がＸ軸方向に離間する距離をＤとすると（図３参照）、移動鏡３０（すなわちウエハステージＷＳＴ）のθＺ方向への変位（ヨーイング量）ΔθＺ、及び移動鏡３０（すなわちウエハステージＷＳＴ）のθＹ方向への変位（ローリング量）ΔθＹは下式で求められる。
ΔθＺ＝（ΔＹｏＲ−ΔＹｏＬ）／Ｄ …（５）
ΔθＹ＝（ΔＺｏＬ−ΔＺｏＲ）／Ｄ …（６）
このようにして、Ｚ軸干渉計２２、２３の計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴの変位がΔＺｏ、ΔＹｏ、ΔθＺ、ΔθＹの４自由度について求められる。

また、上述したように、干渉計ビームＢ３、Ｂ４を用いたＹ軸干渉計１８の計測結果により、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ＹでのＹ軸方向の変位、及び移動鏡３０の反射面３０ｃでのＹ軸方向の変位から、ウエハステージＷＳＴのθＸ方向の変位（ピッチング量）ΔθＸが求められる。また、Ｘ軸干渉計４６の計測結果により、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の変位ΔＸが求められる。従って、干渉計システム１１８の計測結果から、Ｚ、Ｘ、Ｙ、θＺ、θＸ、θＹ方向に関するウエハステージＷＳＴの変位が６自由度について求められることになる。

一方、例えばＸ軸リニアモータ８０の駆動により生じた熱により、ウエハステージＷＳＴ（ウエハステージ本体２８）が膨張して変形した場合、ウエハステージ本体２８と移動鏡３０との間に介在するヒンジブロック３２〜３４がウエハステージ本体２８の変形を吸収するため、移動鏡３０に伝わる応力が軽減され、移動鏡３０の変形に起因して上記ウエハステージＷＳＴの変位の計測結果が低下することを防止できる。

ここで、製造誤差等により移動鏡３０に元々曲がりが生じているような場合は、Ｚ軸干渉計２２、２３の計測結果に基づいて、曲がり補正を行う。具体的には、まずＸ軸干渉計４７による位置計測が可能な位置（例えばローディングポジションＬＰ）にウエハステージＷＳＴを移動させる。Ｘ軸干渉計４７の計測結果によりウエハステージＷＳＴのローリング量を計測し、且つローリング量を一定値に保持しながら当該ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に駆動する。また、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向への移動時には、Ｚ軸干渉計２２、２３を用いてウエハステージＷＳＴのローリング量を計測する。

このとき、ウエハステージＷＳＴのローリング量が一定値に保持されているにも拘わらず、Ｚ軸干渉計２２、２３により、上記一定値とは異なるローリング量が計測された場合、ローリング量の変化分は移動鏡３０の曲がりに起因して生じたと想定されるため、当該ローリング量が計測されたＸ軸方向の位置に対応させて、ローリング量の変化分に応じた移動鏡３０の曲がり量を補正値として記憶しておく。露光処理中等においては、Ｚ軸干渉計２２、２３の計測結果に対して、記憶してある補正値によりＺ位置及びローリング量を補正することで、移動鏡３０の曲がりに起因する誤差を排除することが可能になる。同様に、計測ステージＭＳＴにおいても、干渉計１６の計測結果によりＺ変位、ローリング量及びピッチング量が求められる。

主制御装置２０は、Ｚ軸干渉計２２、２３の計測結果及び上記の補正値を用いて求められたＺ変位、ローリング量と、Ｙ軸干渉計の計測結果を用いて求められたピッチング量に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢを支持する３つのアクチュエータを駆動して、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの焦点位置に位置させるとともに、照明光ＩＬの光軸ＡＸと直交させるようにレベリング調整する。これにより、ウエハＷは所定のＺ位置及び姿勢に位置決めされることになる。

また、主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴに対しても、求められたＺ変位、ローリング量、ピッチング量に基づいて、計測テーブルＭＴＢを支持する３つのアクチュエータを駆動して、基準マーク領域ＦＭの表面を投影光学系ＰＬの焦点位置に位置させるとともに、照明光ＩＬの光軸ＡＸと直交させるようにレベリング調整する。これにより、基準マーク領域ＦＭは所定のＺ位置及び姿勢に位置決めされることになる。

ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが位置決めされると、主制御装置２０によって、液浸装置１３２の液体供給装置２８８及び液体回収装置２９２の各バルブの開閉制御が行われ、投影光学系ＰＬの先玉９１の直下には常時水が満たされ、部分的な（ローカルな）液浸領域Ｌｑが形成される。主制御装置２０により、事前に行われた例えばエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）などのウエハアライメントの結果及び最新のアライメント系ＡＬＧのベースライン計測結果等に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）へウエハステージＷＳＴが移動されるショット間移動動作と、各ショット領域に対するレチクルＲに形成されたパターンを走査露光方式で転写する走査露光動作とを繰り返すことにより露光処理が行われる。

なお、本出願人が先に出願した特願２００５−１２０１８７号（対応国際公開２００６／０１３８５６）に記載されているように、ウエハステージＷＳＴに形成された液浸領域Ｌｑが計測ステージＭＳＴに移動し、計測ステージＭＳＴはこの液浸領域Ｌｑを介して各種の計測動作を行う。このため、走査露光動作の終了後に計測ステージＭＳＴは、＋Ｙ方向に移動してウエハステージＷＳＴに近接する。前述のように、この近接した状態を保ちながらウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが＋Ｙ方向に移動することにより液浸領域ＬｑをウエハステージＷＳＴから計測ステージＭＳＴに移動させることができる。

本実施の形態においては、移動鏡３０がウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側に設けられ、移動鏡６０が計測ステージ５２の−Ｙ側に設けられている。このため、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが上述のように近接した場合でも、移動鏡３０と移動鏡６０とが干渉することはない。また、ウエハステージＷＳＴから計測ステージＭＳＴに液浸領域Ｌｑを受け渡す際にも、移動鏡３０と移動鏡６０とに水がかかることがない。

以上説明したように、本実施の形態では、各ステージＷＳＴ、ＭＳＴに搭載した移動鏡３０、６０の反射面３０ａ、３０ｂ、及び６０ａ、６０ｂに対して、Ｙ軸方向に沿った干渉計ビームＢ１、Ｂ２及びＢ１１、１２を投射することにより、ウエハステージＷＳＴ及び／又は計測ステージＭＳＴの上方に反射板を設けることなく、各ステージＷＳＴ、ＭＳＴのＺ変位を検出できるので、投影光学系ＰＬ及びウエハＷの位置計測に用いられる各種計測機器を支障なく配置することが可能となり、装置の大型化を回避することができる。

また、本実施形態では、Ｚ軸方向の位置検出に用いられる干渉計ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ１１、Ｂ１２が移動しないので、固定鏡３１Ａ、３１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂも小型化でき、また、他の機器の配置の際に制限される干渉計ビームの光路空間も小さくなることから、設計の自由度が大きくなり、より装置の小型化に寄与できる。さらに、干渉計ビームの光路空間が小さくなることから、空調すべき領域も小さくなり、空調に要する機器も小型化できる。

また、本実施の形態では、ほぼ対称に配置された反射面３０ａ、３０ｂ及び６０ａ、６０ｂによりＺ軸方向の位置を計測するため、様々な誤差が相殺され、また各反射面に影響を及ぼす空気揺らぎの相殺性も高いことから、高精度なＺ軸方向（及びＹ軸方向、ローリング量、ヨーイング量）に関する位置計測が可能になる。また、上述したように、固定鏡３１Ａ、３１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂも小型化されることから、干渉計ビームが反射する角度θも大きくすることが可能になり、より高精度の位置計測に寄与することができる。

しかも、本実施形態では、上記の固定鏡がそれぞれ同一の支持体３６、６６で支持されているため、相対位置関係に誤差が生じづらくなり、計測結果に含まれる誤差を小さくすることができる。さらに、本実施形態では、移動鏡３０、６０の反射面３０ａ、３０ｂ、６０ａ、６０ｂに曲がりが存在する場合でも、容易に曲がりに起因する誤差を補正することが可能であり、計測精度の向上に一層寄与できる。

また、本実施形態では、移動鏡３０、６０が反射面３０ｃ、６０ｃを有することで、各ステージＷＳＴ、ＭＳＴのピッチング量を、Ｚ軸方向に大きく離間した反射面１７Ｙ、１１７Ｙで計測した計測値を用いて算出することが可能になり、高精度なピッチング量計測も実現可能となっている。

一方、本実施形態では、移動鏡３０、６０がキネマチックマウント機構を有するヒンジブロックで支持されているので、熱変形等、各ステージＷＳＴ、ＭＳＴで生じた変形による悪影響が及ぶことを防止でき、また、ダンパ部材により、各ステージＷＳＴ、ＭＳＴの振動が移動鏡３０、６０に伝わることを抑制できる。従って、本実施形態では、移動鏡３０、６０に作用する外乱要因を排除することができ、計測精度の維持を容易に行える。

また、本実施形態では、移動鏡３０のＸ軸方向の長さが、反射面１７ＹのＸ軸方向の長さよりも大きく形成されているため、ウエハステージＷＳＴがＹ軸干渉計１８による位置計測可能範囲外であっても、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置計測が可能である。

上記実施形態で説明した移動鏡３０、３６は、ＸＺ平面と平行な３０ｃ、６０ｃを有する構成としたが、これに限定されるものではなく、反射面３０ａ、３０ｂ及び６０ａ、６０ｂを有する断面Ｖ字状に形成される構成であってもよい。この場合、反射面１７Ｙ、１１７Ｙで反射した結果で求めたＹ軸方向の位置と、反射面３０ａ、３０ｂ及び６０ａ、６０ｂで反射した結果で求めたＹ軸方向の位置とを用いてピッチング量を算出すればよい。

また、上記実施形態では、例えばウエハステージＷＳＴの一方（＋Ｙ側）にのみ移動鏡３０を配置する構成としたが、例えば図９に示すように、ウエハステージＷＳＴの−Ｙ側にも、当該ウエハステージＷＳＴを挟むように移動鏡３０を設ける構成としてもよい。この構成では、＋Ｙ側の移動鏡３０を用いた２ヶ所でＺ位置を計測し、−Ｙ側の移動鏡３０を用いた１ヶ所でＺ位置を計測することにより、露光領域を囲む３ヶ所で、内挿状態でＺ位置を計測することが可能になり、ローリング量、ピッチング量も含めて、より高精度な計測を実現することができる。

また、上記実施形態では、ステージ装置５０がウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの両方を備える構成であったが、ウエハステージＷＳＴのみが設けられる構成であっても適用可能である。さらに、上記実施形態では、ウエハＷ側のステージ装置５０に本発明を適用する構成としたが、レチクルＲ側のレチクルステージＲＳＴにも適用可能である。

露光装置１００としては、液浸法を用いない走査型露光装置、あるいはレチクルＲとウエハＷとを静止した状態でレチクルＲのパターンを一括露光し、ウエハＷを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。また、露光装置１００として、ウエハＷ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。また、露光装置１００として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用できる。

次に、本発明の別の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１０は、本実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。図１０において、露光装置ＥＸは、レチクル３０１（マスク）とウエハ３０５（基板）とを静止した状態でレチクル３０１に形成された回路パターンをウエハ３０５に転写するとともに、ウエハ３０５を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置である。

なお、以下の説明においては、図１０中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハ３０５の表面に対して平行となるように設定され、Ｚ軸がウエハ３０５の表面に対して直交する方向（投影光学系の光軸ＡＸと平行な方向）に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直方向に設定される。

照明装置３０２の光源３０２ａは、露光用の照明光をパルス光で作るもので、例えば、超高圧水銀ランプからの紫外線の輝線（波長４３６ｎｍのｇ線、３６５ｎｍのｉ線等）、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源からの紫外パルス光、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光源からの紫外パルス光、ＹＡＧレーザ光源からのパルスレーザを高調波に変換した紫外線等が使用できる。

光源３０２ａから射出された光は、照明光学系３０２ｂを介してレチクル３０１を均一に照明する。詳細な図示は省略するが、照明光学系３０２ｂでは、光源３０２ａからの光はロータリーシャッターを介してビーム整形光学系に照射され、ビーム整形光学系を射出した照明光は、オプチカルインテグレータとして機能するフライアイレンズ系に入射し、その射出側には多数の２次光源像が全体としてほぼ正方形または円形の領域内に均一に分布する。フライアイレンズ系の射出側には、２次光源像の実効的な形状を、輪帯、小円形、通常円形、４開口等に変更する複数の照明σ（シグマ）絞りを搭載した絞り切り換え部材が配置され、この切り換え部材はモータによって所望の照明σ絞りに切り換えられるように駆動される。

照明σ絞りを透過した照明光は、例えば、反射率がほぼ１０％以下のビームスプリッタを透過してミラーで反射されてリレーレンズ系に入射し、レチクル３０１上での照明領域の形状及び／又は位置を決定する可動レチクルブラインドを均一な照度分布となって照射する。レチクルブラインドの開口を透過した照明光は、リレーレンズ系、ミラーおよびメインコンデンサーレンズ系等を介して、レチクル３０１の回路パターン領域を均一な強度分布で照射する。

レチクル３０１は、不図示のレチクルホルダを介してレチクルステージ３０１ａ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクル３０１には、転写すべき回路パターンが形成されており、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置の場合は、パターン領域の全体が照明される。なお、レチクル３０１は図示しない交換装置により適宜交換されて使用される。

レチクル３０１に形成されたパターンからの光は、投影光学系３０３を介して感光性のウエハ３０５上にパターン像を形成する。ウエハ３０５はウエハテーブル３０８を介してウエハステージ３０４上においてＸＹ平面に平行に吸着保持されている。レチクル３０１上での照明領域に光学的に対応するウエハ３０５上の露光領域にパターン像が形成される。

なお、本例の投影光学系３０３は、ジオプトリック系（屈折系）であるが、カタジオプトリック系（反射屈折系）あるいは反射系も使用できることはいうまでもない。また、投影光学系３０３は、所定の気温（例えば、２５℃）、所定の大気圧（例えば、１気圧）の下で露光用照明光の波長に関して最良に収差補正されており、かかる条件下においてレチクル３０１とウエハ３０５とは互いに共役になっている。また、露光用照明光は、ケラー照明であり、投影光学系３０３の瞳面の中心に光源像として結像されている。なお、投影光学系３０３は複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の硝材としては露光用照明光の波長に応じて石英、蛍石等の光学材料から選択されている。

ウエハステージ３０４は定盤３０６上に設けられ、駆動制御ユニット３１８の制御により投影光学系３０３の像面と平行なＸＹ平面に沿って２次元移動する。すなわち、ウエハステージ３０４は、ウエハ３０５を保持する試料台としてのウエハテーブル３０８と、定盤３０６上でＸＹ平面に沿って２次元移動される可動部としてのＸＹステージ３０７とを備える。ＸＹステージ３０７は、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動する。

ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）の一端には、Ｘ方向及びＹ方向に延在する移動鏡３２０，３２１が取り付けられている。移動鏡３２０，３２１の鏡面に対向してＸ軸用レーザ干渉計システム３２５及びＹ軸用レーザ干渉計システム３２６が設けられている。この干渉計システム３２５，３２６によってウエハステージ３０４のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角がリアルタイムに計測される。干渉計システム３２５，３２６の計測結果及び主制御系３１７からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット３１８がウエハステージ３０４の速度、及び位置の制御を行う。

さらに、ウエハステージ３０４には、ウエハ３０５のＺ軸方向の位置（フォーカス位置）、並びにＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角を制御するＺレベリング機構も組み込まれている。すなわち、ウエハテーブル３０８は、Ｚ方向に変位する３つのアクチュエータ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃを介してＸＹステージ３０７上に保持されている。

３つのアクチュエータ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃは、一直線上にならないように分散配置される。また、主制御系３１７からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット３１８によって各アクチュエータ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃの駆動量が制御される。３つのアクチュエータ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃを同一の量だけ駆動することによってウエハテーブル３０８をＺ方向に平行移動させることが可能であり、各駆動量を相違させることによってウエハテーブル３０８をＸＹ平面に対して傾けることが可能である。３つのアクチュエータ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃの駆動量を適切に制御することにより、ウエハ３０５の表面をレチクル３０１の投影像位置（パターン像の結像位置）に高精度に合焦させることができる。ウエハテーブル３０８を６自由度方向に移動可能としてもよい。

ウエハ３０５と投影光学系３０３との合焦状態は、オートフォーカスセンサとしての焦点位置検出系センサ３１０ａ，３１０ｂによって検出される。焦点位置検出系センサ３１０ａ，３１０ｂは、投影光学系３０３の結像面に向けてピンホール又はスリット状の像を形成するための結像光束を、投影光学系３０３の光軸ＡＸに対して斜め方向から供給する送光光学系３１０ａと、その結像光束のウエハ３０５表面での反射光束を受光する受光光学系３１０ｂとを有する。例えば、これらの光学系３１０ａ，３１０ｂは、投影光学系３０３が設置された架台３１１（コラム）に固定されている。

ウエハテーブル３０８のＺ方向の位置及び／又は姿勢に関する情報は、上記焦点位置検出系センサ３１０ａ，３１０ｂに加え、Ｚ軸用レーザ干渉計システム３２７によって計測される。干渉計を用いた計測は、応答性及び分解能に比較的優れるという利点がある。

図１１は、Ｘ軸用レーザ干渉計システム３２５、Ｙ軸用レーザ干渉計システム３２６、及びＺ軸用レーザ干渉計システム３２７の配置図である。

図１１に示すように、Ｘ軸用レーザ干渉計システム３２５は、Ｙ方向に互いに離間して配置される２つの干渉光学系３２５Ａ，３２５Ｂを含む。干渉光学系３２５Ａと干渉光学系３２５Ｂとは、ウエハテーブル３０８（ウエハステージ３０４）のＹ方向の位置等に応じて選択的に使用される。干渉光学系３２５ＡのＹ方向に関する配置位置は、投影光学系３０３の光軸ＡＸ（図１０参照）と概ね一致している。干渉光学系３２５ＢのＹ方向に関する配置位置は、後述するウエハアライメント系センサＷＡ１の光軸ＡＸａ（図１０参照）と概ね一致している。干渉光学系３２５Ａが、投影光学系３０３（図１０参照）を介したウエハ３０５への露光処理時に用いられ、干渉光学系３２５Ｂが、ウエハアライメント系センサＷＡ１（図１０参照）を介したウエハステージ３０４上のマーク計測時に用いられる。

図１１に示すＸ軸用レーザ干渉計システム３２５（干渉光学系３２５Ａ及び３２５Ｂ）、Ｙ軸用レーザ干渉計システム３２６（干渉光学系３２６Ａ）、及びＺ軸用レーザ干渉計システム３２７（干渉光学系３２７Ａ及び３２７Ｂ）は、例えば、投影光学系３０３が設置された架台３１１に設けることができる。また、これらの干渉計システムが、振動から遮断された計測フレーム等に設置されるようにしてもよい。また、固定鏡３５４もこれら干渉計システムが設置された場所に設けることができる。

各干渉光学系３２５Ａ，３２５Ｂは、Ｘ方向に平行な光軸を有する複数のレーザビームを、ウエハテーブル３０８（ウエハステージ３０４）に配設された移動鏡３２０に照射する。移動鏡３２０からの反射ビームが各干渉光学系３２５Ａ，３２５Ｂを介して不図示の光電変換装置に送られ、移動鏡３２０の各照射箇所におけるＸ方向の位置等が検出される。

具体的には、干渉光学系３２５Ａを介して移動鏡３２０に照射される複数のビーム３３０，３３１のうち、ウエハテーブル３０８のＸ方向の位置計測にビーム３３０が用いられる。また、ウエハテーブル３０８のＹ軸周りの回転角（ロール）の計測にビーム３３０とビーム３３１とが用いられる。同様に、干渉光学系３２５Ｂを介して移動鏡３２０に照射される複数のビーム３３２，３３３のうち、ウエハテーブル３０８のＸ方向の位置計測にビーム３３２が用いられる。また、ウエハテーブル３０８のＹ軸周りの回転角（ロール）の計測にビーム３３２とビーム３３３とが用いられる。

Ｙ軸用レーザ干渉計システム３２６は、干渉光学系３２６Ａを含む。この干渉光学系３２６ＡのＸ方向に関する配置位置が、投影光学系３０３の光軸ＡＸ（図１０参照）と概ね一致している。干渉光学系３２６Ａは、Ｙ方向に平行な光軸を有する複数のレーザビームを、ウエハテーブル３０８（ウエハステージ３０４）に配設された移動鏡３２１に照射する。移動鏡３２１からの反射ビームが各干渉光学系３２５Ａ，３２５Ｂを介して不図示の光電変換装置に送られ、移動鏡３２１の各照射箇所におけるＹ方向の位置等が検出される。

具体的には、干渉光学系３２６Ａを介して移動鏡３２１に照射される複数のビーム３３５，３３６，３３７のうち、ウエハテーブル３０８のＹ方向の位置計測にビーム３３５とビーム３３６とが用いられ、また、ウエハテーブル３０８のＺ軸周りの回転角（ヨー）の計測にビーム３３５とビーム３３６とが用いられる。さらに、ウエハテーブル３０８のＸ軸周りの回転角（ピッチ）の計測にビーム３３５とビーム３３６とビーム３３７とが用いられる。

Ｚ軸用レーザ干渉計システム３２７は、Ｙ方向に互いに離間して配置される２つの干渉光学系３２７Ａ，３２７Ｂを含む。干渉光学系３２７Ａと干渉光学系３２７Ｂとは、ウエハテーブル３０８（ウエハステージ３０４）のＹ方向の位置等に応じて選択的に使用される。干渉光学系３２７Ａが、投影光学系３０３（図１０参照）を介したウエハ３０５への露光処理時に用いられる。干渉光学系３２５Ｂが、ウエハアライメント系センサＷＡ１（図１０参照）を介したウエハステージ３０４またはウエハ３０５上のマークの計測時に用いられる。

各干渉光学系３２７Ａ，３２７Ｂは、Ｘ方向に平行な光軸を有する複数のレーザビームを、ウエハテーブル３０８（ウエハステージ３０４）に配設された移動鏡３２０に照射する。移動鏡３２０並びに固定鏡３５４（後述するルーフミラー）からの反射ビームが各干渉光学系３２５Ａ，３２５Ｂを介して光電変換装置３２８，３２９に送られ、ウエハテーブル３０８のＺ方向の位置が検出される。

具体的には、干渉光学系３２７Ｂを介して移動鏡３２０に照射される複数のビーム３４０，３４１のうち、ビーム３４０が移動鏡３２０で反射して折り曲げられ、固定鏡３５４に照射される。固定鏡３５４からの反射ビームは、移動鏡３２０で反射して折り曲げられて干渉光学系３２７Ｂに戻り、光電変換装置３２９に送られる。また、干渉光学系３２７Ｂからの他のビーム３４１は、移動鏡３２０で反射して干渉光学系３２７Ｂに戻り、光電変換装置３２９に送られる。ウエハテーブル３０８のＺ方向への移動に伴って、ビーム３４０の光路長とビーム３４１の光路長とが相対的に変化する。この相対変化に基づき、ウエハテーブル３０８のＺ方向の位置変動量を測定することができる。干渉光学系３２７Ａもこれと同様である。以下、干渉光学系３２７Ｂの構成についてさらに詳しく説明する。

図１２は、Ｚ軸用レーザ干渉計システム３２７における干渉光学系３２７Ｂの構成を示す模式的な斜視図であり、図１３は、その干渉光学系３２７Ｂの構成を示す模式的な側面図である。

図１２及び図１３に示すように、干渉光学系３２７Ｂは、偏光ビームスプリッタ３５１、１／４波長板３５２、折り曲げミラー３５３、ルーフミラー３５４，３５５、及びビームの光軸を調整するための調整機構３５６，３５７等を含む。

干渉光学系３２７Ｂには、レーザ光源３５０からレーザビーム３５０Ａが入力される。このレーザビーム３５０Ａは、波長が安定化された互いに偏光方向が直交する一対の偏光成分を含む。なお、本例においては、説明の便宜上、レーザ光源３５０から射出されるレーザビーム３５０Ａのうち、一方の偏光成分（Ｓ偏光成分、周波数成分Ｆ１）を参照ビーム３４１と称し、他方の偏光成分（Ｐ偏光成分、周波数成分Ｆ２）を測定ビーム３４０と称するが、これらは逆であってもよい。

レーザ光源３５０からのレーザビーム３５０Ａは、ＸＹ平面内を＋Ｘ方向に進んで偏光ビームスプリッタ３５１の偏光面３５１ａに入射し、その偏光面３５１ａによって直交する偏光成分、すなわち２つの周波数成分（Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分）に分割される。

このうち、Ｐ偏光成分である測定ビーム３４０は、偏光ビームスプリッタ３５１における偏光面３５１ａを透過して＋Ｘ方向に進むとともに、偏光ビームスプリッタ３５１の第１面３５１ｂの出射位置Ｐ１から出射する（測定ビーム３４０ａ）。一方、Ｓ偏光成分である参照ビーム３４１は、偏光ビームスプリッタ３５１における偏光面３５１ａで反射して折り曲げられ、−Ｚ方向に進むとともに、偏光ビームスプリッタ３５１の第２面３５１ｃの出射位置Ｐ２から出射する（参照ビーム３４１ａ）。

偏光ビームスプリッタ３５１から出射した測定ビーム３４０ａは、ウエハテーブル３０８の移動鏡３２０に照射される。偏光ビームスプリッタ３５１とウエハテーブル３０８との間における測定ビーム３４０ａの光路上には調整機構３５６が配設されており、測定ビーム３４０ａの光軸が調整される。一方、偏光ビームスプリッタ３５１から出射した参照ビーム３４１ａは、１／４波長板３５２によって円偏光に変換された後、折り曲げミラー３５３で９０°折り曲げられて＋Ｘ方向に進み、ウエハテーブル３０８の移動鏡３２０に照射される。折り曲げミラー３５３とウエハテーブル３０８との間における参照ビーム３４１ａの光路上には調整機構３５７が配設されており、参照ビーム３４１ａの光軸が調整される。調整機構３５６，３５７は、対面配置される２つの偏角レンズと、各偏角レンズを保持・固定するための固定具（不図示）とを含む。調整機構３５６，３５７において、２つの偏角レンズの相対的な位置（光軸を中心とする回転位置）を変化させることにより、光軸をシフト移動させることができ、これにより、測定ビーム３４０ａと参照ビーム３４１ａとの平行度を調整することができる。なお、図１２及び図１３の例では、測定ビーム３４０ａ及び参照ビーム３４１ａの各光路上に調整機構３５６，３５７が配置されているが、測定ビーム３４０ａ及び参照ビーム３４１ａのいずれか一方の光路のみに調整機構を配置してもよい。

ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）に設けられた移動鏡３２０は、ＹＺ平面に平行に配される第１反射面３２０Ａと、Ｙ軸と平行かつＹＺ平面から傾けて配される第２反射面３２０Ｂとを含む。偏光ビームスプリッタ３５１からの測定ビーム３４０ａは、移動鏡３２０における第２反射面３２０Ｂに照射され、その第２反射面３２０Ｂで所定角度折り曲げられ、−Ｘ方向に対して斜め上方に向けて進む。

この移動鏡３２０（第２反射面３２０Ｂ）で反射した測定ビーム３４０ａの行き先には、ルーフミラー３５４が配設されている。移動鏡３２０の第２反射面３２０Ｂで反射した測定ビーム３４０ａは、偏光ビームスプリッタ３５１からのビームの照射方向であるＸ方向に対して所定角度傾いて進んだ後にルーフミラー３５４に入射する。ルーフミラー３５４は、偏光ビームスプリッタ３５１に対して上方位置（＋Ｚ方向）に離間して配置され、互いに９０°の狭角をなす２つの反射面３５４ａ，３５４ｂを有する。この２つの反射面３５４ａ，３５４ｂの交線３５４ｃは、ＸＺ平面内にあり、かつ移動鏡３２０（第２反射面３２０Ｂ）からの測定ビーム３４０ａの進行方向に対して垂直である。なお、ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）のＺ方向の移動に加え、ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）のＸ方向の移動に伴って、ルーフミラー３５４に対する測定ビーム３４０ａの照射位置が上記交線方向に変化する。ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）のＸ方向の移動範囲に基づいてルーフミラー３５４における上記交線方向の延在長さが定められている。

図１４Ａ〜１４Ｃは、ルーフミラー３５４の形態例並びに変形例を示している。
図１４Ａは、２つのミラー３６０，３６１が組み合わされた構成を有するルーフミラー３５４を示している。ミラー３６０の反射面３５４ａとミラー３６１の反射面３５４ｂとが９０°の狭角をなしている。ミラー３６０とミラー３６１は離れていてもよい。この場合、上記交線は仮想線となる。各ミラーは接着剤や金属バネ等で不図示の支持体に固定されている。

図１４Ｂは、図１４Ａの変形例であり、一体構造からなるルーフミラー３５４Ａを示している。このルーフミラー３５４Ａには、互いに９０°の狭角をなす２つの反射面３５４ａ，３５４ｂが形成されている。

図１４Ｃは、図１４Ａの変形例であり、一体構造からなるルーフプリズム３５４Ｂを示している。このルーフプリズム３５４Ｂには、互いに９０°の狭角をなす２つの反射面３５４ａ，３５４ｂが形成されている。ルーフプリズム３５４Ｂの形成材料としては、ガラス、あるいは石英ガラスが用いられ、相対屈折率の温度変化率の低いものが好ましく用いられる。

図１２及び図１３に戻り、ルーフミラー３５４に入射した測定ビーム３４０ａは、光軸のシフトを伴う再帰反射を経てルーフミラー３５４から移動鏡３２０に戻る。具体的には、移動鏡３２０からの測定ビーム３４０ａは、ルーフミラー３５４における反射面３５４ａで９０°折り曲げられて＋Ｙ方向に進み、反射面３５４ｂに入射する。その測定ビーム３４０ａは、反射面３５４ｂで９０°折り曲げられ、移動鏡３２０に向かって＋Ｘ方向に対して斜め下方に向けて進む（測定ビーム３４０ｂ、図１４Ａ参照）。ルーフミラー３５４に入射する測定ビーム３４０ａとルーフミラー３５４から出射する測定ビーム３４０ｂとは互いに平行であり、入射ビームの光軸に対して出射ビームの光軸が平行に＋Ｙ方向にシフトしている。すなわち、ルーフミラー３５４は、移動鏡３２０からの測定ビーム３４０ａを２回反射し、これにより、その測定ビーム３４０ａの光軸（光路）を、２つの反射面３５４ａ，３５４ｂの交線３５４ｃと交差する方向である＋Ｙ方向にシフトさせて移動鏡３２０に戻す。

なお、図１３においては、発明の理解を容易にするために、Ｙ方向に離間し互いに平行なビーム３４０ａとビーム３４０ｂとをＺ方向に明確に離して描いているが、実際には、ビーム３４０ａとビーム３４０ｂとのＺ位置は同じである。以後、Ｙ方向に離間した平行ビームに関して同様である。

ルーフミラー３５４からの測定ビーム３４０ｂは、移動鏡３２０における第２反射面３２０Ｂで所定角度折り曲げられ、偏光ビームスプリッタ３５１に向かって−Ｘ方向に進む。その測定ビーム３４０ｂは、偏光ビームスプリッタ３５１を透過して−Ｘ方向にさらに進み、光電変換装置３２９に入射する。なお、偏光ビームスプリッタ３５１の第１面３５１ｂにおいて、移動鏡３２０から戻った測定ビーム３４０ｂの入射位置Ｐ３は、測定ビーム３４０ａの出射位置Ｐ１とは異なる。すなわち、Ｐ３はＰ１に対して＋Ｙ方向にシフトしている。

一方、折り曲げミラー３５３からの参照ビーム３４１ａは、移動鏡３２０における第１反射面３２０Ａに照射され、その第１反射面３２０Ａで反射される（参照ビーム３４１ｂ）。その参照ビーム３４１ｂは、元の進行方向と逆向きである−Ｘ方向に進み、折り曲げミラー３５３で９０°折り曲げられて＋Ｚ方向に進む。さらに、その参照ビーム３４１ｂは、１／４波長板３５２に再び入射し、１／４波長板３５２を通ることで、元の偏光方向とは直交する方向の直線偏光に変換される。その参照ビーム３４１ｂは、偏光ビームスプリッタ３５１の第２面３５１ｃに入射する。偏光ビームスプリッタ３５１の第２面３５１ｃにおいて、移動鏡３２０から戻った参照ビーム３４１ｂの入射位置は、最初の参照ビーム３４１ａの出射位置Ｐ２と同じである。

偏光ビームスプリッタ３５１に戻った参照ビーム３４１ｂは、偏光面３５１ａを今回は透過する。その参照ビーム３４１ｂの行き先には、ルーフミラー３５５が配設されている。ルーフミラー３５５は、先のルーフミラー３５４と同様の形態からなる（図１４Ａ〜１４Ｃ参照）。すなわち、ルーフミラー３５５は、偏光ビームスプリッタ３５１に対して上方位置（＋Ｚ方向）に隣接して配置され、互いに９０°の狭角をなす２つの反射面３５５ａ，３５５ｂを有する。この２つの反射面３５５ａ，３５５ｂの交線３５５ｃは、Ｘ方向と平行であり、ＸＹ平面及びＸＺ平面内にある。

なお、図１２、１３等では、偏光ビームスプリッタ３５１とルーフミラー３５５とが離れた状態にあるように図示されているが、両者を接合等により一体化してもよい。特に、図１４Ｃのようなルーフプリズムを用いた場合は、このプリズムと偏光ビームスプリッタ３５１とを接着等で一体化することが可能である。

ルーフミラー３５５に入射した参照ビーム３４１ｂは、光軸のシフトを伴う再帰反射を経てルーフミラー３５５から偏光ビームスプリッタ３５１に戻る。具体的には、参照ビーム３４１ｂは、ルーフミラー３５５における反射面３５５ａで９０°折り曲げられて＋Ｙ方向に進み、反射面３５５ｂに入射する。さらに、その参照ビーム３４１ｂは、反射面３５５ｂで９０°折り曲げられ、偏光ビームスプリッタ３５１に向かって−Ｚ方向に進む。ルーフミラー３５５に入射する参照ビーム３４１ｂとルーフミラー３５５から出射する参照ビーム３４１ｂとは互いに平行であり、入射ビームの光軸に対して出射ビームの光軸が平行に＋Ｙ方向にシフトしている。すなわち、ルーフミラー３５５は、偏光ビームスプリッタ３５１からの参照ビーム３４１ｂを２回反射し、これにより、その参照ビーム３４１ｂの光軸（光路）を、２つの反射面３５５ａ，３５５ｂの交線３５５ｃと交差する方向である＋Ｙ方向にシフトさせて偏光ビームスプリッタ３５１に戻す。ルーフミラー３５５による参照ビーム３４１ｂのシフト方向及びそのシフト量は、先のルーフミラー３５４による測定ビーム３４０ａのそれと同じである。

ルーフミラー３５５からの参照ビーム３４１ｂは、偏光ビームスプリッタ３５１における偏光面３５１ａを再度透過して−Ｚ方向に進み、第２面３５１ｃから出射する。偏光ビームスプリッタ３５１の第２面３５１ｃにおいて、参照ビーム３４１ｂの２回目の出射位置Ｐ４は、１回目の出射位置Ｐ２とは異なる。すなわち、Ｐ４はＰ２に対して＋Ｙ方向にシフトしている。

偏光ビームスプリッタ３５１から出射した参照ビーム３４１ｂは、１／４波長板３５２によって再び円偏光に変換された後、折り曲げミラー３５３で９０°折り曲げられて＋Ｘ方向に進む。その後、その参照ビーム３４１ｂは、ウエハテーブル３０８の移動鏡３２０における第１反射面３２０Ａに照射され、その第１反射面３２０Ａで反射される（参照ビーム３４１ｃ）。第１反射面３２０Ａで反射した参照ビーム３４１ｃは、元の進行方向と逆向きである−Ｘ方向に進み、折り曲げミラー３５３で９０°折り曲げられて＋Ｚ方向に進む。その後、その参照ビーム３４１ｂは、１／４波長板３５２に再び入射し、１／４波長板３５２を通ることで、元の偏光方向と同じ直線偏光（Ｐ偏光）に変換される。その参照ビーム３４１ｃは、偏光ビームスプリッタ３５１の第２面３５１ｃに入射する。偏光ビームスプリッタ３５１の第２面３５１ｃにおいて、移動鏡３２０から２回目に戻った参照ビーム３４１ｃの入射位置は、２回目の参照ビーム３４１ｃの出射位置Ｐ４と同じであり、１回目の出射位置Ｐ２（及び１回目の戻り光の入射位置）とは異なる。

偏光ビームスプリッタ３５１に再び入射した参照ビーム３４１ｃは、偏光ビームスプリッタ３５１における偏光面３５１ａで今回は反射して折り曲げられ、−Ｘ方向に進んで光電変換装置３２９に入射する。光電変換装置３２９によって、それぞれ戻り光である測定ビーム３４０ｂと参照ビーム３４１ｃとの干渉光からウエハテーブル３０８のＺ方向の位置変動量が計測される。

例えば、光電変換装置３２９の内部では、偏光子によって両偏光成分（測定ビーム３４０ｂ、参照ビーム３４１ｃ）を干渉させ、その干渉光が光電素子で検出され、周波数がＦ２−Ｆ１の電気信号に変換されて、不図示の位相検出手段に送られる。この位相検出手段は、レーザ光源３５０から送られてきた基準信号と測定信号との間の絶対位相差を検出する位相計である。すなわち、光電変換装置３２９にて光電変換された干渉光は、Ｆ２−Ｆ１のビート周波数に、固定鏡としてのルーフミラー３５５と移動鏡３２０との間隔（距離）の変動にともなって生じるドップラー効果分の周波数変化ΔＦ（ｔ）を加えた周波数を有する測定信号として光電変換装置３２９から位相検出手段へ入力される。一方、レーザ光源３５０からは、周波数Ｆ１の光（参照ビーム４１）と周波数Ｆ２の光（測定ビーム４０）とを干渉して得られたＦ２−Ｆ１のビート周波数を有する信号が基準信号として位相検出手段に入力される。位相検出手段において、基準信号と測定信号との位相差が検出され、その位相差の変化分を積算することで、ルーフミラー３５５と移動鏡３２０との間隔の変化分に比例した信号が求められる。すなわち、固定鏡としてのルーフミラー３５５と移動鏡３２０とのＺ方向の間隔が変動すると、絶対位相もこれに比例して変化し、絶対位相差からこれらのＺ方向の間隔の変動分（ウエハテーブル３０８のＺ方向の位置変動量）を測定することができる。

図１５は、ウエハテーブル３０８（ウエハステージ３０４）の姿勢が変化したときのＺ軸用レーザ干渉計システム３２７における測定ビーム３４０の光路の変化を模式的に示す図である。なお、図１５において、基準姿勢における測定ビーム３４０の光路を実線矢印で描いている。

図１５に示すように、ウエハテーブル３０８のＺ軸を中心とする回転角θｚ（ヨー）が変化した場合、移動鏡３２０の第２反射面３２０Ｂで反射した測定ビーム３４０は、図１５に破線で示すように、ウエハテーブル３０８の回転角θｚに応じて、基準の光路に対して傾いてルーフミラー３５４に入射する。そのため、ルーフミラー３５４の各反射面３５４ａ，３５４ｂに対する測定ビーム３４０の入射角度は、基準の光路におけるそれとは異なる。しかしながら、ルーフミラー３５４で２回反射することで、ルーフミラー３５４から移動鏡３２０に戻る測定ビーム３４０の進行方向は、移動鏡３２０からルーフミラー３５４に向かう測定ビーム３４０の進行方向と逆向きの同じ方向となる。すなわち、ウエハテーブル３０８の回転角θｚが変化しても、ルーフミラー３５４における光軸のシフトを伴う再帰反射により、ルーフミラー３５４に対する入射ビームと出射ビームとの平行状態が維持される。移動鏡３２０の第２反射面３２０Ｂで反射した戻りの測定ビーム３４０は、基準の光路と同じ角度で干渉光学系３２７Ａに戻る。すなわち、このＺ軸用レーザ干渉計システム３２７では、固定鏡としてのルーフミラー３５４及び移動鏡３２０のそれぞれで測定ビーム３４０が２回反射することにより、ウエハテーブル３０８の回転角θｚが変化しても、測定ビーム３４０の戻り方向の角度ずれが防止される。

なお、実際には、移動鏡３２０の第２反射面３２０Ｂは、前述したように、Ｙ軸と平行かつＹＺ平面から傾けて配されている（図１３参照）。したがって、上記した２回反射による角度ずれ防止の効果は、ウエハテーブル３０８のＺ軸を中心とする回転角θｚ（ヨー）、及びＸ軸を中心とする回転角θｘ（ピッチ）の各変化に適用される。さらに、参照ビーム３４１（図１２参照）についても同様に、ルーフミラー３５５で２回反射することから、ウエハテーブル３０８の回転角θｚ及びθｘが変化しても、戻り方向の角度ずれが防止される。

このように、本実施形態のＺ軸用レーザ干渉計システム３２７では、測定ビーム３４０及び参照ビーム３４１のそれぞれについて、計測対象物であるウエハテーブル３０８の傾きが変化しても、そのウエハテーブル３０８からの各戻り光の角度ずれが防止される。そのため、ウエハテーブル３０８の傾き変化に対する計測感度が低く、ウエハテーブル３０８の姿勢変化に対する検出不良の可能性及び計測誤差が抑制される。さらに、このＺ軸用レーザ干渉計システム３２７では、ルーフミラー３５４で光軸をシフトさせることにより、測定ビーム３４０の光路長の最短化が図られている。

図１６は、ルーフミラーの使用による光路長の短縮化を説明するための図であり、図１３を変形した比較構成例を示している。なお、図１６において、説明の簡単化のために、図１３と同一の構成要素には同一の符号を付している。

図１６に示すように、１／４波長板、及びコーナキューブなどを用いることによって、図１３のＺ軸用レーザ干渉計システム３２７について、ルーフミラーを平面ミラーに替えた構成とすることができる。この場合、固定鏡としての平面ミラーと移動鏡３２０との間、並びに移動鏡３２０と偏光ビームスプリッタ３５１との間のそれぞれにおいて、測定ビームが合計２回往復することになる（光路長＝約４×Ｌ１＋４×Ｌ２）。これに対して、本実施形態に係る図１３の構成では、ルーフミラーの使用によって移動鏡３２０での測定ビーム３４０の反射回数が２回に抑制されており、上記の往復回数がそれぞれ１回であるから、測定ビーム３４０の光路長が比較的短い（光路長＝約２×Ｌ１＋２×Ｌ２）。さらに、図１６の例では、参照ビーム３４１の光路長（約４×Ｌ１）と、測定ビーム３４０の光路長（約４×Ｌ１＋４×Ｌ２）との差が比較的大きく、これに対して、本実施形態に係る図１３の構成では、参照ビーム３４１の光路長（約４×Ｌ１）と、測定ビーム３４０の光路長（約２×Ｌ１＋２×Ｌ２）との差が比較的小さい。

図１５に戻り、計測対象物であるウエハテーブル３０８の傾きが変化した場合、ウエハテーブル３０８からの戻りの測定ビーム３４０について、基準の光路に対して位置ずれｄｙが生じる。この位置ずれｄｙは、測定ビーム３４０の光路長が長いほど大きくなる。前述したように、本実施形態では、測定ビーム３４０の光路長が比較的短いことから、戻りの測定ビーム３４０の位置ずれが抑制され、この点からも検出不良及び計測誤差の低減に有利である。

また、上記の戻り光の位置ずれは、参照ビーム３４１（図１３参照）についても同様である。すなわち、参照ビーム３４１の光路長が長いほど、戻りの参照ビーム３４１の位置ずれが大きくなる。本実施形態では、参照ビーム３４１の光路長と、測定ビーム３４０の光路長との差が比較的小さく、両ビームの位置ずれ量が互いに比較的近いものとなる。そのため、計測対象物であるウエハテーブル３０８の傾きが変化した場合、測定ビーム３４０及び参照ビーム３４１の各戻り光が同じように位置ずれするので、両ビームを確実に干渉させることができ、この点からも検出不良及び計測誤差の低減に有利である。

以上、Ｚ軸用レーザ干渉計システム３２７における干渉光学系３２７Ｂについて説明したが、干渉光学系３２７Ａ（図１１参照）についてもこれと同様である。

図１０に戻り、露光装置ＥＸはさらに、レチクルアライメント系として、ＴＴＲ（Through The Reticule）方式のレチクルアライメント系センサＲＡを備える。また露光装置ＥＸは、オフアクシス方式のウエハアライメント系として、ＦＩＡ（Field Image Alignment）方式のウエハアライメント系センサＷＡ１を備える。さらに露光装置ＥＸは、ＴＴＬ（Through The Lens）方式のウエハアライメント系として、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式或いはＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）方式のウエハアライメント系センサＷＡ２を備える。

レチクルアライメント系センサＲＡは、所定のマークを備えたレチクル３０１に対してアライメント光を照射するとともに、投影光学系３０３を介してウエハステージ３０４上の基準平面板ＷＦＰに設けられた基準マーク群ＦＭを照射する。さらに、レチクルアライメント系センサＲＡは、アライメント光の照射によりレチクル３０１から発生した光（反射光）、及び投影光学系３０３を介してウエハステージ３０４の基準平面板ＷＦＰ（基準マーク群ＦＭ）から発生する光（反射光）を受光して、レチクル３０１の位置合わせを行う。

ＦＩＡ方式、オフアクシス方式のウエハアライメント系センサＷＡ１は、投影光学系３０３の側部に設けられており、投影光学系３０３を介することなく露光光とは異なる波長のアライメント光を基準マーク群ＦＭに照射するとともに、基準マーク群ＦＭにおけるＦＩＡ用マークから発生した光を受光して、レチクル３０１とウエハアライメント系センサＷＡ２との相対位置であるベースライン量を求める。このベースライン量は、ウエハ３０５上の各ショット領域を投影光学系３０３の視野内に配するときの基準量となるものである。

ＬＳＡ或いはＬＩＡ方式のウエハアライメント系センサＷＡ２は、アライメント光の照射により基準マーク群ＦＭに形成されたＬＳＡマーク或いはＬＩＡマークから発生した光を受光して、ウエハ３０５の位置計測の基準を求める。なお、ＬＳＡ方式のアライメント系については、例えば、特開昭６０−１３０７４２号公報（対応米国特許第４，６７７，３０１号）に詳細に開示されている。また、ＬＩＡ方式のアライメント系については、例えば特開昭６１−２１５９０５号公報（対応米国特許第４，７１０，０２６号）に詳細に開示されている。

続いて、以上のような構成を備えた露光装置ＥＸによる露光作業について、簡単に説明する。

まず、主制御系３１７の管理の下、露光作業に先立って準備作業を行う。具体的には、焦点位置検出系センサ３１０ａ，３１０ｂから基準平面板ＷＦＰに複数のスリット光を投光して、複数のスリット光のオフセット調整（原点調整）が行われる。各種の露光条件が設定された後に、レチクルアライメント系センサＲＡを用いたレチクルアライメントが必要に応じて行われる。また、ウエハアライメント系センサＷＡ１を用いたベースライン計測が行われる。さらに、ウエハアライメント系センサＷＡ１，ＷＡ２を用いたウエハ３０５のファインアライメント（エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）等）が行われる。これによりウエハ３０５上の複数のショット領域の配列座標が求められる。

上述したアライメント作業が終了すると、主制御系３１７はアライメント結果に基づいてウエハ３０５側のＸ軸用レーザ干渉計システム３２５及びＹ軸用レーザ干渉計システム３２６の計測値をモニタしつつ、駆動制御ユニット３１８に指令してウエハ３０５のファーストショット（第１番目のショット領域）の露光位置にウエハステージ３０４を移動させる。主制御系３１７の管理の下で、焦点位置検出系センサ３１０ａ，３１０ｂからウエハ３０５に複数のスリット光を投光するとともにウエハテーブル３０８用のアクチュエータ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃを駆動して、レチクル３０１の回路パターンの結像面にウエハ３０５の露光面を合わせる作業（焦点合わせ）が行われる。

準備作業が完了すると、レチクル３０１のパターン領域が露光光で照明され、これにより、ウエハ３０５上のファーストショット領域に対する露光が終了する。レチクル３０１の回路パターンが投影光学系３０３を介してウエハ３０５上のファーストショット領域のレジスト層に縮小転写される。

このファーストショット領域に対する露光が終了すると、主制御系３１７により、ウエハステージ３０４がＸ，Ｙ軸方向にステップ移動し、セカンドショット領域の露光位置に移動する。すなわち、ショット間ステッピング動作が行われる。このステッピング動作に際しては、必要に応じて、Ｚ軸用レーザ干渉計システム３２７が用いられる。セカンドショット領域に対しても同様に露光が行われる。このようにして、ウエハ３０５のショット領域の露光と次ショット領域の露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハ３０５上の全ての露光対象ショット領域にレチクル３０１の回路パターンが順次転写される。

図１７は、Ｘ軸用レーザ干渉計システム３２５における干渉光学系３２５Ａ，３２５Ｂの切り替えの様子、並びにＺ軸用レーザ干渉計システム３２７における干渉光学系３２７Ａ，３２７Ｂの切り替えの様子を説明する図である。

図１７に示すように、Ｘ軸用レーザ干渉計システム３２５では、ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）のＸ軸方向の位置情報を２つの場所で計測する。すなわち、投影光学系３０３を介した露光処理時には、干渉光学系３２５Ａを用いてウエハテーブル３０８のＸ座標を計測し、ウエハアライメント系センサＷＡ１を介したウエハステージ３０４またはウエハ上のマーク計測時には、干渉光学系３２５Ｂを用いてウエハテーブル３０８のＸ座標を計測する。同様に、Ｚ軸用レーザ干渉計システム３２７では、ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）のＺ軸方向の位置情報を２つの場所で計測する。すなわち、投影光学系３０３を介した露光処理時には、干渉光学系３２７Ａを用いてウエハテーブル３０８のＺ座標を計測し、ウエハアライメント系センサＷＡ１を介したウエハステージ３０４またはウエハ上のマーク計測時には、干渉光学系３２５Ｂを用いてウエハテーブル３０８のＺ座標を計測する。

本実施形態では、前述したように、Ｚ軸用レーザ干渉計システム３２７において、ウエハテーブル３０８の姿勢の変化に対する計測感度が下がるから、検出不良及び計測誤差を低減し、高精度な位置計測を実現することができる。そのため、ステッピング動作におけるウエハテーブル３０８（ウエハステージ３０４）の位置決めが正確なものとなり、高精度な露光処理が実施される。

図１８〜図２１は、図１３の変形例を示している。なお、各図において、説明の簡単化のために、図１３と同一の構成要素には同一の符号を付している。

先の図１３の例では、参照ビーム３４１用の１／４波長板３５２が、偏光ビームスプリッタ３５１と折り曲げミラー３５３との間でありかつ偏光ビームスプリッタ３５１に隣接して（または第２面３５１ｃに接合されて）配置されている。一方、図１８の例では、参照ビーム３４１用の１／４波長板３５２が、折り曲げミラー３５３と移動鏡３２０との間でありかつ偏光ビームスプリッタ３５１から離間して配置されている。また、図１８の例では、光軸調整用の調整機構３５６が測定ビーム３４０の光路上に配置され、参照ビーム３４１の光路上には配置されていない。

図１９の例では、偏光ビームスプリッタ３５１と折り曲げミラー３５３と１／４波長板３５２とルーフミラー３５５とが一体化されている。すなわち、この一体化された部材３７０は、偏光面３５１ａと、折り曲げ用の反射面３５３ａと、互いに９０°の狭角をなす２つの反射面３５５ａ，３５５ｂと、偏光切替え部材としての１／４波長板３５２とを有する。また、図１９の例においても、ビームの光軸を調整するための調整機構３５６が測定ビーム３４０の光路上に配置され、参照ビーム３４１の光路上には配置されていない。

なお、図１９の構成では、部材３７０内部を通過する参照ビーム３４１の光路長が、測定ビーム３４０に比べて長くなる。そこで、例えば、偏光ビームスプリッタ３５１の第１面３５１ｂ側に、部材３７０と同じ材質からなり測定ビーム３４０の光路の一部となるブロックを設け、このブロック内における測定ビーム３４０の光路長を適宜設定することで、測定ビーム３４０と参照ビーム３４１の部材３７０及び前記ブロック内における光路長が等しくなるようにしてもよい。

図２０の例では、２つの偏光ビームスプリッタを組み合わせた構成を有している。すなわち、第１の偏光ビームスプリッタ３５１における参照ビーム３４１の通過面である第２面３５１ｃに隣接して第２の偏光ビームスプリッタ３７１が配設されている。第２の偏光ビームスプリッタ３７１は、第１の偏光ビームスプリッタ３５１の偏光面３５１ａに対して−Ｚ方向に離間しかつ平行に配される偏光面３７１ａを有している。この偏光面３７１ａを透過した戻りの参照ビーム３４１の行き先に、ルーフミラー３５５（またはルーフプリズム）が配されている。

図２１の例では、ＸＹ平面を間に挟んで、測定ビーム３４０用のルーフミラー３５４の対称位置に、参照ビーム３４１用のルーフミラー３７４が配置されている。移動鏡３２０で反射した測定ビーム３４０はルーフミラー３５４に向かって斜め上方に進み、移動鏡３２０で反射した参照ビーム３４１はルーフミラー３７４に向かって斜め下方に進む。

具体的には、図２１に示すように、レーザ光源３５０からのレーザビーム３５０Ａのうち、Ｐ偏光成分である測定ビーム３４０は、偏光ビームスプリッタ３５１における偏光面３５１ａを透過して＋Ｘ方向に進むとともに、第１面３５１ｂの出射位置Ｐ１から出射する（測定ビーム３４０ａ）。一方、Ｓ偏光成分である参照ビーム３４１は、偏光ビームスプリッタ３５１における偏光面３５１ａで反射して折り曲げられ、−Ｚ方向に進むとともに、第２面３５１ｃの出射位置Ｐ２から出射する（参照ビーム３４１ａ）。

ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）に設けられた移動鏡３２０は、Ｙ軸と平行かつＹＺ平面から傾けて配される第２反射面３２０Ｂと、Ｙ軸と平行かつＹＺ平面から第２反射面３２０Ｂとは逆側に傾けて配される第３反射面３２０Ｃとを含む。偏光ビームスプリッタ３５１からの測定ビーム３４０ａは、図１３と同様に、移動鏡３２０における第２反射面３２０Ｂに照射され、その第２反射面３２０Ｂで所定角度折り曲げられ、−Ｘ方向に対して斜め上方に向けて進む。その測定ビーム３４０ａは、図１３と同じ経路を経て、光電変換装置３２９に入射する。

一方、偏光ビームスプリッタ３５１からの参照ビーム３４１ａは、移動鏡３２０における第３反射面３２０Ｃに照射され、その第３反射面３２０Ｃで所定角度折り曲げられ、−Ｘ方向に対して斜め下方に向けて進む。移動鏡３２０の第３反射面３２０Ｃで反射した参照ビーム３４１ａの行き先には、ルーフミラー３７４が配設されている。ルーフミラー３７４は、偏光ビームスプリッタ３５１に対して下方位置（−Ｚ方向）に離間して配置されている。さらに、ルーフミラー３７４は、測定ビーム用のルーフミラー３５４と同様の形態からなり（図１４Ａ〜１４Ｃ参照）、互いに９０°の狭角をなす２つの反射面３７４ａ，３７４ｂを有する。この２つの反射面３７４ａ，３７４ｂの交線３７４ｃは、ＸＺ平面内にあり、かつ移動鏡３２０（第３反射面３２０Ｃ）からの参照ビーム３４１ａの進行方向に対して垂直である。なお、ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）のＺ方向への移動に加え、ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）のＸ方向の移動に伴って、ルーフミラー３７４に対する参照ビーム３４１ａの照射位置が上記交線方向に変化する。ウエハステージ３０４（ウエハテーブル３０８）のＸ方向の移動範囲に基づいてルーフミラー３７４における上記交線方向の延在長さが定められている。

ルーフミラー３７４に入射した参照ビーム３４１ａは、光軸のシフトを伴う再帰反射を経てルーフミラー３７４から移動鏡３２０に戻る。具体的には、移動鏡３２０からの参照ビーム３４１ａは、ルーフミラー３７４における反射面３７４ａで９０°折り曲げられて＋Ｙ方向に進み、反射面３７４ｂに入射する。その参照ビーム３４１ａは、反射面３７４ｂで９０°折り曲げられ、移動鏡３２０に向かって＋Ｘ方向に対して斜め上方に向けて進む（参照ビーム３４１ｂ）。ルーフミラー３７４に入射する参照ビーム３４１ａとルーフミラー３７４から出射する参照ビーム３４１ｂとは互いに平行であり、入射ビームの光軸に対して出射ビームの光軸が平行に＋Ｙ方向にシフトしている。すなわち、ルーフミラー３７４は、移動鏡３２０からの参照ビーム３４１ａを２回反射し、これにより、その参照ビーム３４１ａの光軸（光路）を、２つの反射面３７４ａ，３７４ｂの交線３７４ｃと交差する方向である＋Ｙ方向にシフトさせて移動鏡３２０に戻す。

ルーフミラー３７４からの参照ビーム３４１ｂは、移動鏡３２０における第３反射面３２０Ｃで所定角度折り曲げられて−Ｘ方向に進む。その参照ビーム３４１ｂは、折り曲げミラー３５３で９０°折り曲げられて＋Ｚ方向に進み、偏光ビームスプリッタ３５１の第２面３５１ｃに入射する。なお、偏光ビームスプリッタ３５１の第２面３５１ｃにおいて、移動鏡３２０から戻った参照ビーム３４１ｂの入射位置Ｐ４は、参照ビーム３４１ａの出射位置Ｐ２とは異なる。すなわち、Ｐ４はＰ２に対して＋Ｙ方向にシフトしている。偏光ビームスプリッタ３５１に入射した参照ビーム３４１ｂは、偏光面３５１ａで反射して折り曲げられ、−Ｘ方向に進んで光電変換装置３２９に入射する。光電変換装置３２９によって、それぞれ戻り光である測定ビーム３４０ｂと参照ビーム３４１ｂとの干渉光からウエハテーブル３０８のＺ方向の位置変動量が計測される。

この図２１の例では、ＸＹ平面を間に挟んで、測定ビーム３４０用の固定鏡であるルーフミラー３５４の対称位置に、参照ビーム３４１用の固定鏡であるルーフミラー３７４が配置されているから、ウエハテーブル３０８のＺ方向の位置変動量を高い感度で計測することができる。すなわち、本例では、ウエハテーブル３０８のＺ方向への移動に対して、測定ビーム３４０の光路長と参照ビーム３４１の光路長との相対変化量が比較的大きく、ウエハテーブル３０８の微小な位置変動を高精度に検出することができる。

また、本例では、参照ビーム３４１の光路長と、測定ビーム３４０の光路長とがほぼ同じであり、ウエハテーブル３０８の傾きが変化した際における両ビームの位置ずれ量がほぼ等しい。そのため、計測対象物であるウエハテーブル３０８の傾きが変化した場合にも、測定ビーム３４０及び参照ビーム３４１の各戻り光が同じように位置ずれするので、両ビームを確実に干渉させることができ、検出不良及び計測誤差を低減することができる。さらに、図示の如く、偏光ビームスプリッタ３５１、ビーム光軸調整機構３５６、３５７、折り曲げミラー３５３等からなる干渉光学部材が、固定鏡であるルーフミラー３５４、３７４より、ウエハテーブル３０８から遠い位置にあるので、移動鏡３２０で反射したビーム３４０、３４１が上下に分かれた後でも、ビーム３４０、３４１に対する空調の環境が等しくでき、空気揺らぎによる計測誤差が小さくできる。

図２２Ａ〜２２Ｃは、ウエハテーブル３０８（ウエハステージ３０４）に設けられる移動鏡３２０の形態例を示している。

図２２Ａの例では、ウエハテーブル３０８の側面を加工することにより、ウエハテーブル３０８の側面に反射面３２０Ａ，３２０Ｂが形成されている。反射面３２０Ａは、ＹＺ平面に平行であり、反射面３２０Ｂは、Ｙ軸と平行かつＹＺ平面から傾いている。反射面３２０Ａ，３２０Ｂは、鏡面加工により形成することができ、あるいは、研磨面に反射膜を形成することにより形成することができる。

図２２Ｂの例では、ウエハテーブル３０８の側面に、Ｙ軸と平行かつＹＺ平面から傾いた斜面３９３が形成され、この斜面３９３に反射面３２０Ｂを有する反射ミラー３９５が固設されている。また、ウエハテーブル３０８の側面に、ＹＺ平面に平行な面３９４が形成され、この面３９４に反射面３２０Ａを有する反射ミラー３９６が固設されている。

図２２Ｃの例では、ウエハテーブル３０８の側面に、ＹＺ平面に平行な面３９７が形成され、この面３９７に反射面３２０Ａ，３２０Ｂを有する反射部材３９８が配設されている。反射面３２０Ａは、ＹＺ平面に平行であり、反射面３２０Ｂは、Ｙ軸と平行かつＹＺ平面から傾いている。

なお、露光装置ＥＸとしては、マスク（レチクル）と基板（ウエハ）とを一次元方向に同期移動してマスクのパターンを基板上の各ショット領域に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）にも適用できる。また、露光装置ＥＸとして、ウエハＷ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。また、露光装置ＥＸとして、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用できる。

また、露光装置ＥＸとして、液浸露光装置にも適用可能である。そのような液浸露光装置としては、例えば、投影光学系と基板との間を局所的に液体で満たす方式として、国際公開第２００４／０５３９５８号パンフレットに開示されているものが知られている。また、露光装置ＥＸとして、露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置、ステージ上に所定厚の液体層を形成しその中に基板を保持する液浸露光装置にも適用可能である。

また、露光装置ＥＸとして、特開平１１−１３５４００号（対応国際公開１９９９／２３６９２）に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を保持して移動可能な露光ステージと、各種の計測部材及び／又はセンサを備えた計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。

なお、上記各実施形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状、組合せ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件、設計要求等に基づき種々変更可能である。

なお、上記各実施形態で移動ステージに保持される基板としては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

露光装置の種類としては、ウエハに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

また、本発明は、ウエハステージが複数設けられるツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報（対応米国特許６，３４１，００７号、６，４００，４４１号、６，５４９，２６９号及び６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１号）あるいは米国特許６，２０８，４０７号に開示されている。さらに、本発明を本願出願人が先に出願した特願２００４−１６８４８１号（対応国際公開２００５／１２２２４２）のウエハステージに適用してもよい。

なお、上述の各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（または位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク、あるいは光反射性の基板上に所定の反射パターンを形成した光反射型マスクを用いたが、それらに限定されるものではない。例えば、そのようなマスクに代えて、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（光学系の一種とする）を用いるようにしても良い。このような電子マスクは、例えば、米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されている。

また、例えば、２光束干渉露光と呼ばれているような、複数の光束の干渉によって生じる干渉縞を基板に露光するような露光装置にも本発明を適用することができる。そのような露光方法及び露光装置は、例えば、国際公開第０１／３５１６８号パンフレットに開示されている。

また、本発明が適用される露光装置の光源には、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）等のみならず、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）等を用いることができる。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。

ウエハステージ及び／又はレチクルステージにリニアモータ（USP5,623,853またはUSP5,528,118参照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージＷＳＴ、ＲＳＴは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。

各ステージの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージの移動面側に設ければよい。

ウエハステージの移動により発生する反力は、投影光学系に伝わらないように、特開平８−１６６４７５号公報（対応米国特許第５，５２８，１１８号）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。

レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報（対応米国特許第５，８７４，８２０号）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。

なお、移動鏡３０、６０と同様に、固定鏡３１Ａと３１Ｂ、６１Ａと６１Ｂ、３５４と３７４を支持体にキネマチックマウント機構を有するヒンジブロックで支持するようにしてもよい。

また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組立の前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組立工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組立工程の前に、各サブシステム個々の組立工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組立工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

また、半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図２３に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などの基板処理プロセスを含むステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

なお、本国際出願で指定又は選択された国の法令で許容される限りにおいて、上記各実施形態及び変形例で引用した露光装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

ＥＸ…露光装置、ＭＳＴ…計測ステージ、ＭＴＢ…計測テーブル、ＲＡ…レチクルアライメント系センサ、Ｗ…ウエハ、ＷＡ１…ウエハアライメント系センサ、ＷＡ２…ウエハアライメント系センサ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、Ｘ方向…照射方向（第１方向）、Ｚ方向…計測方向（第２方向）、Ｙ方向…光軸シフト方向（第３方向）、１２ａ…上面（ガイド面）、３０、６０…移動鏡、３０ａ、６０ａ…反射面、３０ｂ、６０ｂ…反射面、３０ｃ、６０ｃ…反射面、３１Ａ、３１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ…固定鏡、３２〜３４…ヒンジブロック、３６、６６…支持体、５０…ステージ装置、１００…露光装置、１１８…干渉計システム、３０１…レチクル（マスク）、３０１ａ…レチクルステージ、３０３…投影光学系、３０４…ウエハステージ（ステージ装置）、３０５…ウエハ（基板）、３０７…ＸＹステージ、３０８…ウエハテーブル（可動体）、３１７…主制御系、３２０…移動鏡（第１反射部）、３２０Ａ…反射面、３２０Ｂ…反射面（第１反射部）、３２０Ｃ…反射面（第４反射部）、３２１…移動鏡、３２５，３２６…レーザ干渉計システム、３２７…レーザ干渉計システム（干渉計システム、位置計測装置）、３２５Ａ，３２５Ｂ，３２６Ａ…干渉光学系、３２７Ａ，３２７Ｂ…干渉光学系（光学部材、干渉計）、３２８，３２９…光電変換装置（干渉計）、３４０…測定ビーム（３４０ａ：第１ビーム、３４０ｂ：第５ビーム）、３４１…参照ビーム（３４１ａ：第２ビーム、３４１ｂ：第３ビーム、３４１ｃ：第４ビーム）、３５０…レーザ光源、３５０Ａ…レーザビーム、３５１…偏光ビームスプリッタ、３５１ａ…偏光面、３５１ｂ…第１面、３５１ｃ…第２面、３５２…１／４波長板（第１偏光切替え部材、第２偏光切替え部材）、３５３…折り曲げミラー、３５４…ルーフミラー（固定鏡、第２反射部、反射部材）、３５４ａ，３５４ｂ…反射面、３５４ｃ…交線、３５５…ルーフミラー（第３反射部）、３５５ａ，３５５ｂ…反射面、３５５ｃ…交線、３５６，３５７…調整機構、３７４…ルーフミラー（第３反射部）

Claims (8)

1. 第１軸と該第１軸と直交する第２軸とによって定義される平面に沿って移動する可動体の位置情報を測定する測定装置であり、
   前記第１軸の方向に進行し、前記可動体に設けられた第１反射面で反射して前記平面に直交する第３軸の方向の成分を含む方向に進行する第１ビームと、前記第１軸の方向に進行し、前記可動体に設けられた第２反射面で反射して前記第３軸の方向の成分を含む方向に進行する第２ビームと、を用いて前記第３軸の方向における前記可動体の位置情報を得る第１干渉計と、
   前記第１軸の方向に進行し、前記可動体に設けられた第３反射面で反射する第３ビームを用いて、前記第１軸の方向における前記可動体の位置情報を得る第２干渉計と、を備え、
   前記第３軸の方向に関し、前記第１軸の方向に進行する前記第１ビームの第１光路と前記第１軸の方向に進行する前記第２ビームの第２光路との間に、前記第１軸の方向に進行する前記第３ビームの第３光路がある測定装置。
2. 前記第３ビームに基づき、前記可動体の前記第２軸周り方向の位置情報を得る請求項１記載の測定装置。
3. 前記第３ビームと、前記第１軸の方向に進行し、前記第３軸方向に関して前記第３反射面と異なる位置で前記可動体に設けられた第４反射面で反射する第４ビームとを用いて、前記可動体の前記第２軸周り方向の位置情報を得る請求項２記載の測定装置。
4. 前記第１ビームまたは前記第２ビームが生じる光源を有する請求項１〜３のいずれか一項記載の測定装置。
5. 前記第３反射面は、前記第１反射面と前記第２反射面との間に位置する請求項１〜４のいずれか一項記載の測定装置。
6. 物体を保持して移動可能な保持部材と、
   前記保持部材の位置情報を測定する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の測定装置とを備えるステージ装置。
7. 第１軸と該第１軸と直交する第２軸とによって定義される平面に沿って移動する可動体の位置情報を測定する測定方法であり、
   前記第１軸の方向に進行し前記可動体に設けられた第１反射面で反射して前記平面に直交する第３軸の方向の成分を含む方向に進行する第１ビームと、前記第１軸の方向に進行し、前記可動体に設けられた第２反射面で反射して前記第３軸の方向の成分を含む方向に進行する第２ビームと、を用いて前記第３軸の方向における前記可動体の位置情報を得ることと、
   前記第１軸の方向に進行し、前記可動体に設けられた第３反射面で反射した第３ビームを用いて、前記第１軸の方向における前記可動体の位置情報を得ることと、を含み、
   前記第３軸方向に関し、前記第１軸の方向に進行する前記第１ビームの第１光路と前記第１軸の方向に進行する前記第２ビームの第２光路との間に、前記第１軸の方向に進行する前記第３ビームの第３光路がある測定方法。
8. 前記第３軸の方向の位置が前記第３光路と異なる第４光路を前記第１軸の方向に進んだ第４ビームの干渉を検出した結果、及び前記第３ビームの干渉の検出の結果に基づき、前記可動体の前記第２軸周り方向の位置情報を得ること、
   を含む請求項７記載の測定方法。

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